新型长焦深螺旋波带片的衍射特性的研究

发布时间：2021-02-14 07:55

　　涡旋光束是一类具有螺旋形波前结构的光束,光束在传播的过程中光强呈现环状结构,中心区域是尺寸较小的暗核,这一性质使其在对微粒进行操控时没有加热损伤效应。此外,涡旋光束还在向前传播的过程中携带着轨道角动量。这些独特的性质使涡旋光束在粒子操控、光通信等众多领域中都具有重要的研究价值。近年来发展起来的产生涡旋光束的方法主要有几何模式转换法、液晶空间光调制法、计算全息法和螺旋相位板法等。随着对其研究的不断深入,越来越多的具有奇特性质的涡旋光束也接连出现。本文的主要内容是针对如何产生大焦深涡旋光束及其应用领域进行了详细的研究。论文的主要内容如下:1.首先介绍了涡旋光束的研究背景和意义,然后介绍了如何产生涡旋光束以及可能的应用领域。然后描述了涡旋光束的基本理论以及本课题研究中所使用的标量衍射理论,这将作为本篇论文模拟部分的理论支撑。接下来介绍了菲涅尔波带片和螺旋波带片的设计原理以及衍射特性等。2.螺旋变面积波带片,首先介绍了变面积波带片的设计方法及其衍射模式,然后将其与螺旋相位结合用于产生大焦深涡旋光束,用MATLAB模拟了它的衍射性质,并用空间光调制器（Spatial Light Modulato... 

【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

计算机生成的全息光栅图

分别为1和5的涡旋场。图1.1 计算机生成的全息光栅图如图1.2所示，把MATLAB程序生成的全息图制成实物，搭建实验测试光路进行相应的实验，即可获得涡旋光束。激光器输出的激光光束先经过全息光栅调制再由透镜聚焦，最后由图像传感器CCD记录不同位置处的光强分布。图像传感器CCD前添加滤波装置是为了防止入射到实验中使用的CCD上的光由于功率过大而对CCD产生伤害。用计算全息法可以通过灵活地设计计算机程序便捷地制作不同阶数的全息光栅，从而用以产生不同阶数的涡旋光束。然而因为该方法的衍射效率较低，所以只适合产生阶数比较低的涡旋光。此外，在应用到全息成像时，仪器的分辨率对产生涡旋光束也有一定影响。图1.2 计?

经过空间光调制器调制后的光束用图像传感器CCD记录。需要注意的是，对于反射式的空间光调制器，为了避免经过调制所产生的涡旋光被未经空间光调制器调制直接反射的光干扰，如图1.3（b）所示，需要在螺旋相位结构上叠加闪耀光栅相位使这两束光偏离。通过借助空间光调制器可以更加方便地产生涡旋光束，然而它的缺点也是效率较低，此外，为了防止空间光调制器内的液晶分子被破坏，入射到空间光调制器上的光功率不能太大[26]。图1.3（a）空间光调制器法实验光路示意图;（b）掩模合成过程图1.2.3 螺旋相位板法螺旋相位板，是一种可以改变光束相位分布的衍射光学元件，它的透过率函数形式中包含exp(ip )，其中p代表拓扑荷， 代表方位角。入射到相位板不同位置的激光会因为厚度的差异而产生不同的光程差，引起相位的不同改变[26]。通过一束平面波照射螺旋相位板来产生涡旋光束被认为是产生涡旋光束最直接的途径[28]。当一束平面波被螺旋相位板调制后就会具有螺旋位相分布

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于螺旋相位板的涡旋光束的产生与干涉[J]. 郭苗军,曾军,李晋红.  激光与光电子学进展. 2016(09)
[2]螺旋型波带片聚焦特性研究[J]. 易涛,杨国洪,韦敏习,刘慎业,朱效立,谢常青.  光学学报. 2012(07)
[3]基于折/衍混合原理的长焦深成像物镜消色差方法[J]. 张慧,丁雪梅,谭久彬.  光学精密工程. 2008(10)
[4]“孔雀眼”波带片的长焦深特性研究[J]. 杨静,高峰,谢世伟,肖啸,杜惊雷.  激光技术. 2003(03)

硕士论文
[1]基于分形螺旋波带片产生多焦点涡旋光束的研究[D]. 吉子雯.郑州大学 2018
[2]涡旋光束的特性研究[D]. 陈志婷.燕山大学 2013



本文编号：3033375