部分相干光束与表面等离激元的光场相干结构调控、测量及应用

发布时间：2020-07-19 11:57

【摘要】：随着激光技术及其应用的不断发展以及人们对激光认识的不断深化,对激光的性能和需求也日益多样化,因此对激光物理特性调控显得尤为重要。近年来,随着科学研究的不断深入以及国内外研究人员的推动,光场调控逐渐成为物理、光学等领域中的研究热点。光场调控的研究对社会进步、科技发展、经济提升起到了重要推动作用。光场调控主要包括光场的振幅、偏振、相位、频率/波长等空域与时域特性的调控。在过去的几十年中,对这些参量调控的研究衍生出了许多新兴学科,其中包括微纳光学、变换光学、二元光学、信息光学以及与其他学科交叉的新兴学科。相干性是光场的另一个重要特性。对光场相干性调控的研究具有重要意义,研究发现光场相干性调控在自由空间光通信、激光雷达、激光核聚变、特种光学成像、非线性光学、近场光学、量子光学等众多领域中具有重要的应用价值。不过以往研究的光场相干性调控主要集中于对光场相干度大小的简单调控,而光场的相干函数仍保持传统的高斯分布不变。本论文将首次系统地研究光场相干结构的调控,提出标量光场以及矢量光场相干结构调控的理论机理与实验调控方法。我们将光场相干结构调控与光场偏振调控以及光场相位调控相结合,研究新型光场的多维度联合调控。在理论和实验上提出多种具有奇特传输特性的新型标量和矢量部分相干光束,并研究这些新型光束在光场超强自修复、光学微粒操控与俘获以及光学图像信息加密与传递中的应用。此外,本论文还将研究光场相干结构测量的原理与实验方法。以往测量部分相干光束相干结构的方法非常繁琐,同时又耗时多,成本高。本论文首次提出一种简单、实时、快速、精确的测量光场二维相干结构分布的方法,并利用到实验中成功测量了新型标量与矢量部分相干光束的特殊相干结构分布。相干性作为光场中的重要自由度,对传输光场的物理特性具有重要的调控作用,并在众多领域中有着独特的应用。但对近场局域表面等离激元相干性的研究目前还处于空缺。本论文将研究表面等离激元相干结构的调控与测量。具体提出一种二维多色表面等离激元谱相干函数的调控机理,并利用相干模式展开理论研究这种部分相干表面等离激元的内部相干特性。我们提出三维结构部分相干表面等离激元角相干函数的调控,在理论上成功构建具有特殊光谱密度、偏振态、能流以及电磁相干性分布的三维部分相干表面等离激元。此外,我们还研究了表面等离激元与偶极微纳散射体的相互作用,并提出了一种通过测量散射场远场光谱分布恢复部分相干表面等离激元的稳态相干性的方法。本论文不仅促进了相干光学在理论和实验中的发展,而且在光场多维度联合调控的发展中起到了重要的作用。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O436;TN24
【图文】：

离激元在 Kretschmann 装置中的激发。其中 Air界面，Glass 表示玻璃棱镜，SPP 表示表面等离式(2.54)]看成一随机涨落电场。根据部分相干光矩阵中，将电场(2.54)代入到公式(2.1)中，我们 ) ( ) ( )( ) ( 2 2 2 2 1 1i1 1 2 2 1 2 1 2i1 2, ; , , , ee d d ,t tt t W k r k r K( ) ( ) ( )1 2 1 2W , E E ,，)( ) ( ) ( )1 2 1 1, z z z k k k

厄米高斯关联结构光束的交叉谱密度函数：( ) ( )2 21 21 2 0 2 120, exp ,4W G r rr r r r 数，0 表示光束束腰宽度， ( )2 1 r r 表示光束的相干度，并且可( )( )( )( )( )( )( )22 2 1 02 12 122 022 2 1 02 122 0/ 2exp0 2/ 2exp ,0 2m xm xn yn yH x xx xHH y yy yH r r阶数为 x 的厄米多项式，0 x 和0 y 分别表示沿着 x 轴以及沿着 y相干度具有公式(3.12)形式的部分相干光束称为厄米高斯关联0时，光束退化为椭圆高斯谢尔模光束[22]；当光束满足 以化为传统的高斯谢尔模光束[1]。

图 3.2 自由空间传输的阶数为 m 1, n 0的厄米高斯关联结构光束在(a)x z面，(b)x y 面上的归一化光强分布。其中0 00.2 mmx y .图 3.3 自由空间传输的阶数为 m 0, n 1的厄米高斯关联结构光束在(a) 面，(b)面上的归一化光强分布。其中 .

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 陈亚红;王飞;蔡阳健;;部分相干激光束空间关联结构调控研究进展[J];物理学进展;2015年02期

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本文编号：2762389