涡旋阵列光场与啁啾光栅的制作
发布时间：2021-07-13 13:50
光学涡旋具有特殊相位分布、螺旋型的波前并携带轨道角动量,使其在光学微操纵、光通信等众多领域得到广泛运用。涡旋阵列光场是指多个涡旋光束按不同排列方式形成的特定涡旋结构,阵列光场可以提供各种功能的光阱,涡旋阵列光场具有多个相位奇点,不仅能增强信息传输容量,还能在光镊中增加微粒捕获和观察的数量。涡旋光束应用于光镊不仅可以提高对微粒的俘获效率,而且所携带的轨道角动量可以传递给吸收性的微粒并驱动微粒旋转,广泛应用于生物医学、材料科学以及原子物理等领域。啁啾光栅是指光栅周期不均匀的光栅,啁啾布拉格光栅有着高效频谱响应和很强的色散能力,在超短脉冲压缩与展宽等领域有着广阔的应用前景。本论文主要的研究内容如下:1.由多个单涡旋光束按不同排列方式生成多种涡旋阵列光场,呈线性排列分布、矩形排列、径向排列分布。这种涡旋阵列光场的排列方式,阵列单元的数目,相邻涡旋光束之间的距离、夹角,还有每个涡旋的坐标位置和拓扑荷数都根据实验的需求灵活设计,并通过实验获得涡旋阵列光场,实验装置简单容易操作。2.利用对称分布同一个圆上的六束平面波,初始相位构成完整涡旋相位,整体涡旋相位取不同拓扑荷时,六束平面相干涉生成多种形式的...
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同拓扑荷值的涡旋光束，(a)螺旋形波前；(b)相位；(c)光强
山东师范大学硕士毕业论文51.3理论基础1.3.1拉盖尔高斯光束LG涡旋光束是比较常用的涡旋光束，LG光束表达式：22221222!122exp()exp()()!()()()()expexp(21)tan()2()lllppRRprrrLGLilplwzwzwzwzikrzziplzzzφπ=++++（1.2）式中z是传播距离，p和l是径向指数和拓扑荷数，r,φ,z是柱坐标参数；0是束腰半径，20()1()Rzwzwz=+是光斑大小参数；20Rwzπλ=是瑞利半径；2kπλ=是波数；(21)tan1()Rzplz=++是古伊（gouy）相位。||与拉盖尔多项式相关()(1)()lllplpldLxLxdx+=。图1-2径向指数p=0,拓扑荷l不同的0光束的光强和相位分布。(a)和(d)01；(b)和(e)02;(c)和(f)03。
6图1-3拓扑荷数l=1,径向指数不同的1光束的光强和相位分布。(a)和(d)1；(a)和(d)2；(a)和(d)3。在径向指数P=0情况下，从图1-2中看出，拓扑荷数l越大，中心暗斑越大，光束亮环半径也越大。从图1-3所示的LG涡旋光束光强分布看出，亮光环个数随径向指数p的增大而增多，11径向指数为1有2个亮光环，12径向指数为2有3个亮光环，13径向指数为3有4个亮光环。当径向指数p相同时，拓扑荷数l越大，LG涡旋光束中心亮环直径也越大。拓扑荷数l相同时，径向指数p的越大，LG涡旋光束光环直径越大，亮光环的个数也越多，光环的数量为P+1,光环的亮度越往外越暗；1.3.2完美涡旋涡旋光束暗中空的亮环半径与拓扑荷数成正比，拓扑荷数越大亮环的半径也越大，这个特性使得涡旋光束应用光纤传输时，多个不同轨道角动量耦合受到限制。为了克服传统涡旋光束的限制，Ostrovsky等引入了完美涡旋的概念[60]，即涡旋光束亮环半径不随拓扑荷数变化而改变。Vaity等通过贝塞尔光束进行傅里叶变换得到完美涡旋光束[61]。在柱坐标系统(ρ,φ,z)，理想贝塞尔光束的光场表达式：(,,)()exp()lrzEρφz=Jkρilφ+ikz(1.3)其中第一类l阶贝塞尔函数，l为涡旋光束的拓扑荷数，和分别为光束在径向和传播方向的波矢量分量,222rzkkkπλ=+=。山东师范大学硕士毕业论文
本文编号：3282179
【文章来源】：山东师范大学山东省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同拓扑荷值的涡旋光束，(a)螺旋形波前；(b)相位；(c)光强
山东师范大学硕士毕业论文51.3理论基础1.3.1拉盖尔高斯光束LG涡旋光束是比较常用的涡旋光束，LG光束表达式：22221222!122exp()exp()()!()()()()expexp(21)tan()2()lllppRRprrrLGLilplwzwzwzwzikrzziplzzzφπ=++++（1.2）式中z是传播距离，p和l是径向指数和拓扑荷数，r,φ,z是柱坐标参数；0是束腰半径，20()1()Rzwzwz=+是光斑大小参数；20Rwzπλ=是瑞利半径；2kπλ=是波数；(21)tan1()Rzplz=++是古伊（gouy）相位。||与拉盖尔多项式相关()(1)()lllplpldLxLxdx+=。图1-2径向指数p=0,拓扑荷l不同的0光束的光强和相位分布。(a)和(d)01；(b)和(e)02;(c)和(f)03。
6图1-3拓扑荷数l=1,径向指数不同的1光束的光强和相位分布。(a)和(d)1；(a)和(d)2；(a)和(d)3。在径向指数P=0情况下，从图1-2中看出，拓扑荷数l越大，中心暗斑越大，光束亮环半径也越大。从图1-3所示的LG涡旋光束光强分布看出，亮光环个数随径向指数p的增大而增多，11径向指数为1有2个亮光环，12径向指数为2有3个亮光环，13径向指数为3有4个亮光环。当径向指数p相同时，拓扑荷数l越大，LG涡旋光束中心亮环直径也越大。拓扑荷数l相同时，径向指数p的越大，LG涡旋光束光环直径越大，亮光环的个数也越多，光环的数量为P+1,光环的亮度越往外越暗；1.3.2完美涡旋涡旋光束暗中空的亮环半径与拓扑荷数成正比，拓扑荷数越大亮环的半径也越大，这个特性使得涡旋光束应用光纤传输时，多个不同轨道角动量耦合受到限制。为了克服传统涡旋光束的限制，Ostrovsky等引入了完美涡旋的概念[60]，即涡旋光束亮环半径不随拓扑荷数变化而改变。Vaity等通过贝塞尔光束进行傅里叶变换得到完美涡旋光束[61]。在柱坐标系统(ρ,φ,z)，理想贝塞尔光束的光场表达式：(,,)()exp()lrzEρφz=Jkρilφ+ikz(1.3)其中第一类l阶贝塞尔函数，l为涡旋光束的拓扑荷数，和分别为光束在径向和传播方向的波矢量分量,222rzkkkπλ=+=。山东师范大学硕士毕业论文
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