光场波前调控及其在散射介质中聚焦特性的研究

发布时间：2021-09-06 22:23

　　随着激光技术应用的不断深入,光束波前调控技术在光学微操控、显微成像及微纳结构加工领域中发挥着越来越重要的作用。本文以波前的多维度调控为主线,系统论述了通过振幅、相位、频谱和偏振等自由度下的调控,重点研究了特殊模式的光束生成方法和空间传输性质等关键问题,以及在不同领域中的研究进展和应用。然后,在基于高性能和转换频率的数字空间光调制器工作基础上,运用不同算法的全息术制备了具有不同特征和空间结构的新型光束,并研究了这些复杂结构光束在空间中传播时表现的特殊性质,这些研究工作为复杂光场的波前调控技术在不同领域里的应用与发展奠定了扎实的研究基础。特别是,光在动物组织等强散射介质中传播时,其波前信息由于组织中细胞的无序运动而被随机打乱,严重限制了相干光学的进一步应用;尤其是在生物医学光学领域当中,散射效应严重限制了显微成像与微操纵的质量和深度,使得难以在深度活体组织中进行有效的检测和诊断。因此,调控光束在散射介质中的传输是生物光学等领域的重要课题。针对这一光学里的难题,本论文运用波前调制手段来对光在散射介质中的传播得以有效调控并实现了光在散射介质中有效聚焦。具体研究内容和取得的进展如下:1.系统地论... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：101 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１运用传统衍射光学元件制备涡旋光束［８，?９］．??

计算的空间光调制器更加方便灵活，尤其是在动态光场调控中需要的可擦写能力。??提前通过算法来计算相位图或全息图，就可以实现任意空间结构的光束生成及调??控，如图１．２所示。??镜子＇３＾—一＇．．＾?＇八镜子切叫??图１．２液晶空间光调制器（ＬＣ－ＳＬＭ）和数字微镜设备ＤＭＤ示意图【１６１．??在空间光调制器当中，液晶空间光调制器（Ｌｉｑｕｉｄ?ｃｒｙｓｔａｌ－ｓｐａｔｉａｌ?ｌｉｇｈｔ?ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，??ＬＣ－ＳＬＭ）是一种实现相位调制的器件；它通过扭曲向列液晶的双折射效应，当不??同位置的光通过液晶层后，会产生不同的光程差，从而实现相位的调制。??除了相位型的液晶空间光调制其之外，还有另外一种振幅型的空间光调制器??—数字微镜器件ＤＭＤ?（Ｄｉｇｉｔａｌ?ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ?ｄｅｖｉｃｅ）。ＤＭＤ是一种错制反射微镜片??阵列，其由百万个排列有序的微米量级的微镜片集成到内存芯片上；微镜机械部??件的运动状态随电信号驱动发生改变，随之引起光信号的改变。微镜可以沿着自??身对角线两侧偏转，因此可被视作一种二值化的光开关［１４，?１５］。??３??

图１．３反映的是ＤＭＤ的工作原理、结构和功能示意图，ＤＭＤ输入的字符，输出则是光学字符，是一种光电机械相结合的器件；ＤＭＤ上的都是互相独立的，数字微镜角度在电信号的驱动下能够迅速改变，当Ｄ电信号的驱动时，微镜片就会偏转１２°，然后改变入射光的反射方向，射到既定的方向。无电信号驱动时，微镜则会偏转－１２°，可理解微镜为处于开状态下的微镜片将光线投射到目标光路上，而“关”状态下的微镜被吸收器处理。１和０光学信号分别对应两个偏转方向的状态；因此Ｄ以作为投影仪，加载全息图时的ＤＭＤ也可被认为一种反射型光栅元件ＤＭＤ是一种能够将电信号转换成光信号，最终达到光学处理功能的数相较于ＬＣ－ＳＬＭ，ＤＭＤ最主要的优势在于它的快速反应能力；尤其是控技术用以克服动物活体组织的强散射问题时，我们需要在呼吸和血液，运用ＤＭＤ快速地实现波前调控。??在本文中，我们基于ＤＭＤ对复杂结构光束进行制备及对在空间中的传行了研究。除了以上介绍的传统的光场调制器件和方法，近几年来得益工技术发展，一种新颖的光学调控器件一超表面材料被广发应用于结构一


本文编号：3388284