矢量光束的高效动态生成及其在光学微操纵中的应用
发布时间：2022-01-06 22:13
随着对光与物质相互作用领域的深入研究,人们越来越重视对光场振幅、相位、偏振等参数的高效、精确调控,其中矢量光束因其特殊的非均匀偏振态分布特性逐渐成为该领域中的研究热点。根据矢量光束产生位置的不同,我们可以将矢量光束生成方式分为腔内生成与腔外生成两种方式。通过腔内方法产生的矢量光束能量转化效率高,但模式单一固定,无法灵活改变;通过腔外方法,可以根据不同需求灵活、动态产生不同模式的矢量光束,但能量转化效率低。本文就如何克服腔外生成方式中能量转化效率低的弊端,如何在腔外生成方式中实现对矢量光场进行振幅、相位、偏振的全矢量任意调控两个方面,进行了如下研究工作:首先,我们提出了两种基于空间光调制器上分屏复用技术的矢量光束高效生成方案。第一种是利用侧向位移分光棱镜进行分束、合束的离轴生成方法。该方法在保证光场调控自由度与调控稳定性的前提下,通过优化矢量光束生成中的分束、合束过程,实现了矢量光束的高效生成,生成效率达30%以上;第二种方法是利用偏振分光棱镜的同轴生成方法。在该方法中,我们使用超高清GAEA-2新型相位型空间光调制器,其上共有3840x2160像素、单个像素尺寸3.84微米,可以对入射...
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１柱对称矢量光束的空间偏振分布图
此时光束对粒子的作用就好比现实中用镊子夹取小物体一般灵活、有效。早在??１９７０年Ａｓｈｉｋｉｉｉ等人在实验中利用紧聚焦后的激光光束捕获微小粒子［１９］，具体??捕获粒子原理机制如图１．３所示。在该物理系统中，紧聚焦后的光束会产生一个??光学势阱，该势阱具有很强的光强度梯度力，梯度力方向指向光强最强处。同时??光本身会对粒子有一定的辐射压力（即散射力）作用，沿光束传播的方向。考虑??上微粒样品所处溶液环境所带来的粘滞力等因素，强度梯度力占主导作用时粒子??将被捕获并稳定束缚在光学势阱中。更进一步来说，聚焦后光场的相位分布同时??也会作用于微粒上，提供光相位梯度力。该力沿焦场相位变化的方向，驱动粒子??在焦平面内进行运动。??Ｏｐｔｉｃａｌ??Ｒａｄｉａｔｉｏｎ?ａ＾＇Ｓ??ｐｒｅｓｓｕｒｅ??ｄｏｍｉｎａｔｅｓ?Ｔ?个??／?Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ?－－??－??气．?乂??、、＾、Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ???ｆ?ｐａｒｔｉｃｌｅ??Ｇｒａｄｉｅｎｔ??ｄｏｍｉｎａｔｅｓ??Ｌａｓｅｒ?ｂｅａｍ??图１．３紧聚焦条件下形成的
己有的文献中提到利用线偏振光、右旋圆偏振光等标量光束来激发表面等离??激元，但激发效率与效果并未达到最佳；而采用径向偏振光激发具有轴对称性质??的金属／介质结构从而获得了表面等离激元的最佳激发效果。图１．４表示的是２０１３??年深圳大学袁小聪教授课题组在紧聚焦条件下将径向偏振光入射到金／玻璃结构，??在金表面成功激发了表面等离激元场并完成了相关光学微操纵实验［２３］。句－般??意义上的光学微操纵相比，利用径向偏振光入射激发得到的表面等离激元光镊激??发效率高，局域光强梯度更大，对目标粒子具有更好的俘获与束缚作用。??综上所述，矢量光束在众多领域中发挥了不可替代的重要作用，其生成类型??的多样性与生成方式的高效性必然受到越来越多的关注与重视，本文也将从这两??方面进行展开论述。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Highly efficient generation of arbitrary vector beams with tunable polarization,phase, and amplitude[J]. SHENG LIU,SHUXIA QI,YI ZHANG,PENG LI,DONGJING WU,LEI HAN,JIANLIN ZHAO. Photonics Research. 2018(04)
本文编号：3573259
【文章来源】：南京大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１柱对称矢量光束的空间偏振分布图
此时光束对粒子的作用就好比现实中用镊子夹取小物体一般灵活、有效。早在??１９７０年Ａｓｈｉｋｉｉｉ等人在实验中利用紧聚焦后的激光光束捕获微小粒子［１９］，具体??捕获粒子原理机制如图１．３所示。在该物理系统中，紧聚焦后的光束会产生一个??光学势阱，该势阱具有很强的光强度梯度力，梯度力方向指向光强最强处。同时??光本身会对粒子有一定的辐射压力（即散射力）作用，沿光束传播的方向。考虑??上微粒样品所处溶液环境所带来的粘滞力等因素，强度梯度力占主导作用时粒子??将被捕获并稳定束缚在光学势阱中。更进一步来说，聚焦后光场的相位分布同时??也会作用于微粒上，提供光相位梯度力。该力沿焦场相位变化的方向，驱动粒子??在焦平面内进行运动。??Ｏｐｔｉｃａｌ??Ｒａｄｉａｔｉｏｎ?ａ＾＇Ｓ??ｐｒｅｓｓｕｒｅ??ｄｏｍｉｎａｔｅｓ?Ｔ?个??／?Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ?－－??－??气．?乂??、、＾、Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ???ｆ?ｐａｒｔｉｃｌｅ??Ｇｒａｄｉｅｎｔ??ｄｏｍｉｎａｔｅｓ??Ｌａｓｅｒ?ｂｅａｍ??图１．３紧聚焦条件下形成的
己有的文献中提到利用线偏振光、右旋圆偏振光等标量光束来激发表面等离??激元，但激发效率与效果并未达到最佳；而采用径向偏振光激发具有轴对称性质??的金属／介质结构从而获得了表面等离激元的最佳激发效果。图１．４表示的是２０１３??年深圳大学袁小聪教授课题组在紧聚焦条件下将径向偏振光入射到金／玻璃结构，??在金表面成功激发了表面等离激元场并完成了相关光学微操纵实验［２３］。句－般??意义上的光学微操纵相比，利用径向偏振光入射激发得到的表面等离激元光镊激??发效率高，局域光强梯度更大，对目标粒子具有更好的俘获与束缚作用。??综上所述，矢量光束在众多领域中发挥了不可替代的重要作用，其生成类型??的多样性与生成方式的高效性必然受到越来越多的关注与重视，本文也将从这两??方面进行展开论述。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Highly efficient generation of arbitrary vector beams with tunable polarization,phase, and amplitude[J]. SHENG LIU,SHUXIA QI,YI ZHANG,PENG LI,DONGJING WU,LEI HAN,JIANLIN ZHAO. Photonics Research. 2018(04)
本文编号：3573259
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