分数阶涡旋光光强及相位特性的实验研究

发布时间：2020-06-13 19:45

【摘要】：分数阶涡旋光(Fractional Vortex)具有螺旋形的相位结构、中心光强为零、光斑存在独特径向缺口、含有确定轨道角动量(Orbital Angular Momentum,简记为OAM)等特性,这些特性使分数阶涡旋光在非线性光学、生物医学、光通信等领域有广泛的应用前景。论文主要工作如下:(1)介绍涡旋光的背景及意义,着重阐述分数阶涡旋光束的研究现状,分析其研究的必要性以及潜在的应用价值,概述涡旋光在光通信、生物医学、微粒旋转、非线性光学等领域的应用案例。(2)介绍了整数阶涡旋光的基本理论及几种涡旋光束的产生方法,分别对这几种方法的优缺点进行了对比分析;模拟整数阶涡旋光光强、相位随拓扑荷的变化关系。(3)基于干涉理论,利用MATLAB仿真了涡旋光束与平面波、球面波的干涉光场分布;采用干涉法分别测量了整数及分数阶涡旋光束的拓扑荷值,发现拓扑荷数与干涉场的花瓣数存在一定数量关系:整数阶涡旋光的拓扑荷值为亮花瓣数的一半,分数阶涡旋光的拓扑荷数可根据花瓣的奇偶性确定小数区间。(4)基于衍射积分理论推导了分数阶涡旋光的光场表达式,利用MATLAB软件对分数阶涡旋光光强分布及相位分布进行了仿真研究,仿真结果表明:分数阶涡旋光沿X轴方向含有独特的径向缺口,拓扑荷的小数部分越接近半整数,缺口越明显;拓扑荷的整数部分逐渐增大时,光斑尺寸也会随之增大。采用液晶空间光调制器(Liquid Crystal Spatial Light Modulator,简称LCM)产生了3种拓扑荷分别为1.5、2.5、3.5的半整数分数阶涡旋光,得到的涡旋光图案和仿真结果一致。
【图文】：

图 1.1 高低折射率粒子被囚禁位置2 所示即为采用涡旋光束作为光镊的实验光路图，通过显微镜的物镜可以子的捕捉具体细节。涡旋光束在光镊中的应用使得微粒能够精确地被操控非接触式无损伤的操控，基于这些特点该技术已经开始应用于生物医学、76]。低折射粒子数高折射粒子数光束焦平面

整数阶涡旋光的相关理论不同于普通光束的相位波前结构，涡旋光束的相位结构是螺旋型分布，因此，涡旋称作螺旋光束。光学涡旋场的电场表达式可以表示为：E ( r , , z ) E ( r , ,z ) e x ip L ( ) e ix k p z (（其中，E 表示是光场在 Z 处的振幅大小，L 表示涡旋光束的拓扑荷值，是影响涡旋参量，，其大小既可以取整数也可以取，既可以取正数也可以取负数，k 为波矢，大2 / ， 为方位角。该涡旋光束的相位表达式为： ( r , , z ) L （通过式（2-1）、（2-2）也能够看出涡旋光束的相位呈螺旋形，中心是光强为零的相位奇点，光强分布为一个亮环。光强大小与两个因素有关，一是拓扑荷数，二是。以下是通过 MATLAB 分别模拟光强、相位分布随拓扑荷及传播距离对变化关系。
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O436

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 李新忠;田晓敏;王辉;汤洁;王屹山;聂兆刚;李贺贺;王静鸽;;拉盖尔-高斯光束照射产生散斑场的特性研究[J];光学学报;2015年07期

2 朱艳英;靳李丽;许耀云;陈志婷;孟祥君;李云涛;;双光源双光阱法驱动微型粒子旋转的实验研究[J];光电子.激光;2012年07期

3 丁攀峰;蒲继雄;;离轴拉盖尔-高斯涡旋光束传输中的光斑演变[J];物理学报;2012年06期

4 薄斌;门克内木乐;赵建林;程明;杜娟;宁安琪;;用反射式纯相位液晶空间光调制器产生涡旋光束[J];光电子.激光;2012年01期

5 朱艳英;沈军峰;窦红星;李云涛;魏勇;徐雪楠;;计算全息法获取高阶类贝塞尔光束的新设计[J];光电子.激光;2011年08期

6 丁攀峰;;整数与分数阶涡旋光束相位奇点的稳定性分析[J];华中科技大学学报(自然科学版);2011年05期

7 齐晓庆;高春清;刘义东;;利用相位型衍射光栅生成能量按比例分布的多个螺旋光束的研究[J];物理学报;2010年01期

8 刘辉;陈子阳;蒲继雄;;分数阶涡旋光束的轨道角动量的测量[J];光电子.激光;2009年11期

9 柯熙政;吕宏;武京治;;基于光轨道角动量的光通信数据编码研究进展[J];量子电子学报;2008年04期

10 苏志锟;王发强;路轶群;金锐博;梁瑞生;刘颂豪;;基于光子轨道角动量的密码通信方案研究[J];物理学报;2008年05期

相关博士学位论文 前1条

1 王涛;基于液晶空间光调制器的彩色全息显示研究[D];上海大学;2011年

相关硕士学位论文 前7条

1 黄思河;涡旋光束的特性及其在光通信的应用[D];华侨大学;2017年

2 吕芳捷;分数阶光学涡旋的产生及空间传输特性研究[D];河南科技大学;2015年

3 袁乙平;新型反常涡旋光束传输特性研究[D];电子科技大学;2015年

4 陈志婷;涡旋光束的特性研究[D];燕山大学;2013年

5 王文磊;多涡旋光场干涉的分布传输特性分析[D];山东师范大学;2013年

6 李志焕;螺旋相位板在产生涡旋光束及图像边缘增强中的应用[D];曲阜师范大学;2013年

7 孙顺红;双涡旋光束的理论与实验研究[D];华侨大学;2012年

本文编号：2711652