空间多维度新型矢量光场的产生与调控
发布时间：2021-07-14 05:40
在复杂光束整形中,对光束局域偏振态的调控已经成为了当前的一个研究热点。完美矢量光束由于其具有空间非均匀分布的偏振态以及可调节的光束尺寸,使得其在光学微操纵、超分辨成像及光与材料的相互作用等领域具有非常大的应用潜力。本文主要研究了空间多维度新型矢量光场的产生和调控。基于改进的全息光束整形技术,计算两束宽度可控的曲线光束同轴干涉,产生了沿任意曲线路径排列的光学涡旋阵列。该光束的相位分布和涡旋数目、位置等均可以沿着光束的二维曲线路径进行人为调控,结合全息复用技术产生了多种结构同时存在的混合光学涡旋阵列。此外,将该技术扩展到矢量模式,产生了具有不同偏振态分布的偏振涡旋阵列。数值仿真和实验结果均证明了所提出的生成复杂结构光学涡旋阵列的方法的性能,这对微粒捕获等潜在应用具有重要意义。基于矢量叠加技术,通过共轴叠加两束预设结构的矢量光束,研究了沿任意曲线结构的可调谐偏振奇点阵列的产生方法。由于每个基矢量光束具有方位角独立可控的非均匀偏振分布,因此叠加基矢量光束会产生曲线结构和奇点位置均可控的偏振奇点阵列光场。此外,通过叠加多个预设矢量光束曲线,产生了更为复杂的偏振奇点阵列结构,该方法对理解矢量光场的...
【文章来源】：南京师范大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全息光束整形技术原理图
光学圆环曲线的宽度由参数》调节，这个过程可以解释为，通过??叠加多个不同半径尺寸的单层曲线使其“变厚”。我们用所提出的方法来计算全??息图，然后利用傅里叶变换来重建焦平面处的光场分布，数值模拟结果如图２．２??所示。在图２．２中，圆环的初始半径办＝０．１５ｍｍ，宽度因子Ｈ分别为１，４和８。??可以看出，当》逐渐增大时，圆环曲线的宽度明显增大。??门１??ＢＢＱＩ：??图２．２相同初始半径，不同宽度的圆环曲线的数值重建??利用上述宽度可控的改进全息光束整形技术，通过共轴叠加两束宽度不同的??光学曲线的思想，产生一种可调谐光学润旋阵列结构（Ｃｕｒｖｉｌｉｎｅａｒ?Ａｒｒａｎｇｅｄ?Ｏｐｔｉｃａｌ??Ｖｏｒｔｅｘ?Ａｒｒａｙ，?ＣＡ－ＯＶＡ）。为了在傅里叶透镜的焦场同时生成两个共轴曲线光束，??入射光场复振幅的全息图可由下式计算：??Ｅｌｏｌａ，?＝?Ｅ
我猓韶?欤煜呓峁沟墓庋?行?罅械牟??椒ㄑ芯浚崳?假设两束相位分布相反的圆环曲线重叠，重叠区域会发生干涉，而非重叠区??域光强保持不变，从而在重叠区域产生沿环状分布的黑洞。如图２．３（ｃ）所示，干??涉图样的中心圆环半径私＝（凡１＋兄２）／２＝（凡）ｉ＋ｉ？〇２＋Ａｃ／（ｎ－ｌ））／２。圆环上的黑洞数目??由叠加目１１两个圆环分量的拓扑何数决定，＊＾／＝丨－４－４丨＝８。图２．３（＾为叠加后光场的??相位分布，图中每个黑色虚线圈出的区域的相位都是从０到２ｎ变化的，且位置??与图２．３（ｃ）中黑洞位置对应。因此，每一个消光的黑洞就是一个光学相位涡旋。??而产生相位涡旋的关键在于叠加前的两束分量相位拓扑荷相反。涡旋光束和球面??波干涉产生的特殊干涉条纹可以进一步说明每一个消光部分都是一个光学相位??涡旋［７７］，我们后续将通过数值模拟和光学实验来证明。??■〇??＿＿＿ｌ??图２．３焦平面上二维圆环曲线排列的光学涡旋阵列的数值重建结果??为了证明本章所研宄方法的灵活性，我们改变笛卡尔坐标系下的二维曲线表??达式，进一步生成了多种其他形状的光学曲线。通过叠加相同宽度同一形状的两??束光学曲线，实现了沿任意曲线路径排列的光学相位涡旋阵列的产生。表２．１列??出了不同形状曲线（ｘ〇（〇
【参考文献】：
期刊论文
[1]Redistributing the energy flow of tightly focused ellipticity-variant vector optical fields[J]. XU-ZHEN GAO,YUE PAN,GUAN-LIN ZHANG,MENG-DAN ZHAO,ZHI-CHENG REN,CHEN-GHOU TU,YONG-NAN LI,HUI-TIAN WANG. Photonics Research. 2017(06)
[2]Optical tug-of-war tweezers:shaping light for dynamic control of bacterial cells（Invited Paper）[J]. Joshua Lamstein,Anna Bezryadina,Daryl Preece,Joseph C.Chen,Zhigang Chen. Chinese Optics Letters. 2017(03)
[3]Advances in communications using optical vortices[J]. Jian Wang. Photonics Research. 2016(05)
博士论文
[1]全矢量光场的产生及其应用[D]. 陈召忠.南京大学 2016
本文编号：3283529
【文章来源】：南京师范大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全息光束整形技术原理图
光学圆环曲线的宽度由参数》调节，这个过程可以解释为，通过??叠加多个不同半径尺寸的单层曲线使其“变厚”。我们用所提出的方法来计算全??息图，然后利用傅里叶变换来重建焦平面处的光场分布，数值模拟结果如图２．２??所示。在图２．２中，圆环的初始半径办＝０．１５ｍｍ，宽度因子Ｈ分别为１，４和８。??可以看出，当》逐渐增大时，圆环曲线的宽度明显增大。??门１??ＢＢＱＩ：??图２．２相同初始半径，不同宽度的圆环曲线的数值重建??利用上述宽度可控的改进全息光束整形技术，通过共轴叠加两束宽度不同的??光学曲线的思想，产生一种可调谐光学润旋阵列结构（Ｃｕｒｖｉｌｉｎｅａｒ?Ａｒｒａｎｇｅｄ?Ｏｐｔｉｃａｌ??Ｖｏｒｔｅｘ?Ａｒｒａｙ，?ＣＡ－ＯＶＡ）。为了在傅里叶透镜的焦场同时生成两个共轴曲线光束，??入射光场复振幅的全息图可由下式计算：??Ｅｌｏｌａ，?＝?Ｅ
我猓韶?欤煜呓峁沟墓庋?行?罅械牟??椒ㄑ芯浚崳?假设两束相位分布相反的圆环曲线重叠，重叠区域会发生干涉，而非重叠区??域光强保持不变，从而在重叠区域产生沿环状分布的黑洞。如图２．３（ｃ）所示，干??涉图样的中心圆环半径私＝（凡１＋兄２）／２＝（凡）ｉ＋ｉ？〇２＋Ａｃ／（ｎ－ｌ））／２。圆环上的黑洞数目??由叠加目１１两个圆环分量的拓扑何数决定，＊＾／＝丨－４－４丨＝８。图２．３（＾为叠加后光场的??相位分布，图中每个黑色虚线圈出的区域的相位都是从０到２ｎ变化的，且位置??与图２．３（ｃ）中黑洞位置对应。因此，每一个消光的黑洞就是一个光学相位涡旋。??而产生相位涡旋的关键在于叠加前的两束分量相位拓扑荷相反。涡旋光束和球面??波干涉产生的特殊干涉条纹可以进一步说明每一个消光部分都是一个光学相位??涡旋［７７］，我们后续将通过数值模拟和光学实验来证明。??■〇??＿＿＿ｌ??图２．３焦平面上二维圆环曲线排列的光学涡旋阵列的数值重建结果??为了证明本章所研宄方法的灵活性，我们改变笛卡尔坐标系下的二维曲线表??达式，进一步生成了多种其他形状的光学曲线。通过叠加相同宽度同一形状的两??束光学曲线，实现了沿任意曲线路径排列的光学相位涡旋阵列的产生。表２．１列??出了不同形状曲线（ｘ〇（〇
【参考文献】：
期刊论文
[1]Redistributing the energy flow of tightly focused ellipticity-variant vector optical fields[J]. XU-ZHEN GAO,YUE PAN,GUAN-LIN ZHANG,MENG-DAN ZHAO,ZHI-CHENG REN,CHEN-GHOU TU,YONG-NAN LI,HUI-TIAN WANG. Photonics Research. 2017(06)
[2]Optical tug-of-war tweezers:shaping light for dynamic control of bacterial cells（Invited Paper）[J]. Joshua Lamstein,Anna Bezryadina,Daryl Preece,Joseph C.Chen,Zhigang Chen. Chinese Optics Letters. 2017(03)
[3]Advances in communications using optical vortices[J]. Jian Wang. Photonics Research. 2016(05)
博士论文
[1]全矢量光场的产生及其应用[D]. 陈召忠.南京大学 2016
本文编号：3283529
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3283529.html
