螺旋多孔屏调制的飞秒光场与散斑场相位涡旋研究

发布时间：2021-01-21 14:02

　　光学涡旋,是指沿光轴传播方向具有螺旋形相位波前的光场。涡旋核处强度为零且相位不确定,我们将其称之为奇异点。绕奇异点在方位角θ上旋转一周,相位变化为2π的整数（l）倍,其相位分布可以被表示为exp（ilθ）,这里的l可以称作为涡旋的拓扑荷。在涡旋光场中,每个光子携带的轨道角动量为l?。由于光学涡旋的这些特殊性质,专家学者们对此产生了极大的研究兴趣,于是光学涡旋被应用到了众多的研究领域中,比如Bose–Einstein凝聚、微操控、光通信、超分辨显微、量子信息处理以及非线性光谱学等领域。近几十年来,在光学领域中一项重大的研究成果是超短脉冲的产生,其中包括几飞秒以及几十阿秒超短脉冲的成功实现。飞秒光学涡旋的产生使得飞秒光学技术有了进一步的发展。飞秒涡旋使得奇异光学、分子反应动力学以及与涡旋相关的强场物理领域均引入了时空变化的特性。这使得飞秒涡旋在众多领域具有了巨大的应用价值,其中包括飞秒微纳操控、亚波长非线性显微技术、飞秒特殊结构的微加工以及飞秒成丝等。本文主要基于螺旋多孔屏的波前调制作用,实现了飞秒光场涡旋的产生以及散斑场中相位涡旋结构的重组。螺旋多孔屏调制光场的主要原理是,径向距离随方位... 

【文章来源】：山东师范大学山东省

【文章页数】：109 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

光学涡旋：分别为拓扑荷值l=±1的涡旋三维波前图和二维平面光场图样光学涡旋，是指沿光轴前进方向具有螺旋形相位波前的光场

图 1.2 拉盖尔-高斯光束不同模式下的光强分布形式 1.2 中 l 0, p 0时表现为中心亮斑的模式为基模高斯光束。在(1.15)式束表达式中，l 表示沿角向的复振幅分布，为方位指数， p 表示强度分布零点的数目和位置可以由方程222 20( ) ( )llpLz z 确定。其中，pL 是以222( z) 为变量的多项式，有且只能有 p 个根，这里的当 l 0时，拉盖尔-高斯光束总是由 p 1个同心圆环和中心暗点组成，这即为涡旋核，存在着相位上的奇异。盖尔-高斯函数的极值可以从方程2 22 22 2exp 0llpdLd ，即

图 1.3 拉盖尔-高斯光束不同模式下的相位分布( , , ) exp exp lE z ikz J il (1示第一类 l 阶贝塞尔函数，其中 l 1,2,3。高阶的贝塞尔光束同样可以表示涡空间分布。并且，高阶贝塞尔光束可以由拉盖尔-高斯光束转化而来，即当某一拉盖尔-高斯光束垂直照射锥棱镜时得到的便是相应阶数的贝塞尔光束[1.62]。-3 光学涡旋的产生方法随着激光技术的发展与广泛应用，研究者们提出多种方法用来产生稳定且高质涡旋，这为光学涡旋的发展及其在各领域的应用打下了坚实的基础。这些方法相位板[1.63-1.65]，柱面镜模式转换[1.66-1.68]，编程控制的空间光调制器[1.69]，计算.70-1.72]，以及可直接输出螺旋模式的激光器[1.73-1.75]等方法。以下，我们简单介绍的产生光学涡旋的方法。


本文编号：2991296