光纤中矢量涡旋光束的产生

发布时间：2017-07-17 21:15

  本文关键词：光纤中矢量涡旋光束的产生

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【摘要】：矢量涡旋光束具有螺旋相位结构,可以聚焦形成环形的光阱,并且携带光子轨道角动量,可以与微粒发生动量及角动量耦合,这在操纵微粒平动和转动、束缚低折射率粒子、控制生物标本等方面有着重要应用,近年来已经在激光光学、微粒波导、生物医学、原子光学、光学微操纵、非线性光学、光学信息传输、光学计算等领域得到广泛研究和应用。矢量涡旋光的产生方法主要有模式转换法、空间光调制法、计算全息法等,大多存在装置复杂,成本较高的问题,本文尝试使用普通光纤,通过控制高斯光入射条件,直接产生矢量涡旋光,并对该方法进行了理论和实验验证。首先,从波动方程出发,用光纤模式理论分析了光纤中的模场分布,给出矢量模的分类和与标量模的对应关系,并使用Mathematica软件计算了光纤各模式的截止条件、传播常数、有效折射率、激发效率,给出了各阶模式激发效率与入射光倾斜角度和偏移量的关系。其次用Comsol软件仿真了光纤中的模场分布,计算各模式的有效折射率,与Mathematica软件计算结果吻合较好。最后根据理论模型,设计实验系统,将波长为0.6328μm的激光以一定入射角度和偏移量耦合进SMF-28E光纤,通过控制入射角度、偏移量和入射光的偏振态,输出光波经相干检测验证了各阶模式的涡旋特性,经偏振检测,验证了模式的矢量特性,证明了通过光纤获得矢量涡旋光的可行性。本研究为矢量涡旋光束的产生提供了简单易行、成本低廉的途径,为矢量涡旋光束的推广和应用提供了支持。
【关键词】：矢量光束 光学涡旋 光纤模式 轨道角动量 有效折射率
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN253
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10
• 1.2 国内外研究现状分析10-13
• 1.3 本论文的主要研究内容13-14
• 第2章 矢量涡旋光束的理论研究14-28
• 2.1 引言14
• 2.2 涡旋光的概念14-19
• 2.2.1 相位涡旋15-17
• 2.2.2 偏振涡旋17-19
• 2.3 光纤中的模式理论19-27
• 2.3.1 矢量模解20-25
• 2.3.2 光纤模场的偏振特性25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 光纤中矢量涡旋光产生的理论研究28-50
• 3.1 引言28
• 3.2 光纤中模场的数值计算28-38
• 3.3 光纤中模场激发效率的理论分析38-49
• 3.3.1 入射角度与激发效率41-43
• 3.3.2 偏移量与激发效率43-45
• 3.3.3 偏移斜入射时激发效率45-47
• 3.3.4 光束半径与激发效率47-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 光纤中矢量涡旋光产生的实验研究50-64
• 4.1 引言50
• 4.2 实验装置50-51
• 4.3 实验参数51-54
• 4.3.1 光纤参数51-52
• 4.3.2 透镜参数52-53
• 4.3.3 泵浦参数53-54
• 4.4 激发效率的实验研究54-58
• 4.5 相位特性的实验研究58-62
• 4.6 偏振特性的实验研究62-63
• 4.7 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-71
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文71-72
• 致谢72

【参考文献】

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本文编号：554638