基于几何位相的光学轨道角动量产生与调控研究

发布时间：2021-10-29 07:24

　　轨道角动量（OAM）光束又被称为涡旋光束,是一种具有螺旋相位波前环状光强分布的特殊光束,其相位中含有与旋转方位角有关的相位因子,可以表示为:exp（il?）,其中?为旋转方位角,l为拓扑荷值,可以取无限值,涡旋光束中的每个光子都携带有特定的轨道角动量值l?。涡旋光束的特殊性使其在通信、微粒操控以及生物医学等领域具有重要的应用价值,例如无限取值的拓扑荷值可用于信息编码,提高信息容量与安全性;环状的光强分布以及所携带的轨道角动量可以作为光镊来捕获或者旋转粒子。传统的涡旋光束控制器件主要有螺旋相位板、空间光调制器以及柱面透镜转换器等,这些器件大都存在尺寸相对较大、加工精度要求较高,非平面以及系统复杂等问题。随着微电子集成技术的发展,小尺寸、平面化的光学器件成为主要的发展趋势,传统涡旋光束控制器件存在的这些问题都会使其在应用过程中受到一定的局限性。近年来,一种二维平面超材料-超表面逐渐引起人们的关注,它能够在极薄（<λ）的平面上实现对光场的灵活调控,因此可以用来解决传统涡旋光束控制元件存在的问题。本论文主要基于超表面几何相位调控原理,研究其在涡旋光束控制以及检测方面的应用。论文的主要研究... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)四川省

【文章页数】：130 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 OAM光束的历史研究进程及基本概念
        1.1.1 OAM光束的历史研究进程
        1.1.2 OAM光束基本概念
    1.2 OAM光束控制进展
        1.2.1 传统OAM光束产生方式
        1.2.2 基于超表面的OAM光束的产生
    1.3 涡旋光束的检测
    1.4 OAM光束的应用
    1.5 本研究领域存在的关键问题及研究思路
    1.6 本论文主要内容安排
第2章 超表面亚波长结构的电磁场计算分析方法
    2.1 引言
    2.2 超表面实现相位调控基本原理
        2.2.1 偶极共振相位调控原理
        2.2.2 几何相位调控
    2.3 超表面电磁数值计算
        2.3.1 有限元算法
        2.3.2 时域有限差分法
    2.4 矢量衍射算法
    2.5 本章小结
第3章 基于几何相位型超表面的OAM光束的产生与检测
    3.1 研究意义
    3.2 OAM光束产生与检测的设计
        3.2.1 OAM光束产生与检测的分区域设计
    3.3 基于几何相位型超表面的OAM光束的产生与检测研究
        3.3.1 单元结构设计
        3.3.2 OAM光束产生与检测集成设计与仿真
    3.4 基于超表面的OAM光束产生与检测器件的加工与试验测试
        3.4.1 超表面的加工
        3.4.2 实验测试
        3.4.3 实验测试结果
    3.5 本章小结
第4章 基于超表面振幅与位相调控的多通道OAM光束的产生
    4.1 研究的意义
    4.2 纯相位调控以及相位与振幅同时调控的多通道涡旋光束
    4.3 振幅与位相调控多通道涡旋束设计
    4.4 基于超表面振幅与位相调控的多通道OAM光束
        4.4.1 单元结构的设计
        4.4.2 多通道OAM光束的加工与实验验证
    4.5 本章小节
第5章 基于超表面的双波长三维阵列OAM光束的调控
    5.1 研究意义
    5.2 超表面双波段调控单元结构设计
    5.3 基于超表面的双波段三维阵列OAM光束控制设计
    5.4 本章小结
第6章 论文总结与展望
    6.1 论文主要创新点
    6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]衍射极限尺度下的亚波长电磁学[J]. 蒲明博,王长涛,王彦钦,罗先刚.  物理学报. 2017(14)
[2]Principles of electromagnetic waves in metasurfaces[J]. LUO XianGang.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(09)
[3]Characterizing topological charge of optical vortex using non-uniformly distributed multi-pinhole plate[J]. 石蕾,田凌浩,陈险峰.  Chinese Optics Letters. 2012(12)



本文编号：3464227