环形阵列艾里涡旋光束的传播及其自聚焦特性研究

发布时间：2024-03-05 01:03

　　自1979年艾里光束首次被提出至今,由于其具有自修复、自弯曲、无衍射三大光学奇异特性,引起了众多研究学者的高度关注。该光束在超分辨成像、微粒操纵、光子弹以及生物医疗等领域具有广泛的应用前景。涡旋光束具有螺旋形的相位波前,涡旋中心是一个暗核,该位置的光强为零。涡旋光束携带轨道角动量,基于这一特性,涡旋光束可应用于光通信、微粒旋转、信息编码等领域。艾里光束与涡旋光束都有其奇异的光学性质,本文提出一种具有自聚焦特性并且携带轨道角动量的环形阵列艾里涡旋光束。在激光医疗上,传统的光镊技术将普通的高斯光束进行高度聚焦,具有非接触、无机械损伤等优点。但是高斯光束在聚焦过程中会对正常细胞产生热损伤,因此到达病变细胞前,需要保持低能量传播。而由环形阵列艾里涡旋光束形成的自聚焦光束在聚焦前维持在一个比较低的光强值,到达聚焦的位置后,其光强迅速增大。基于这种性质,该光束在激光医学治疗、激光烧灼等领域具有重要的意义。本文的主要研究工作如下:首先,分别研究艾里光束和涡旋光束理论,并研究各自的光学奇异特性。然后,将多个二维艾里光束进行环形分布排列,形成环形艾里光束阵列,由于组成该阵列的每个艾里光束均具有自弯曲特性...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2.1一维无限能量艾里光束(a)无限能量艾里光束传输模拟图；(b)无限能量艾里光束光强曲线分布图

2艾里光束的基本理论及其性质论6其中，为电场包络；0s=x/x为无量纲的横向坐标；0x是任意的横向尺度；20=z/Kx为归一化的传输距离；0K=2πn/代表光波的波数。傍轴波动方程与Schrdinger方程在形式上十分相似，因此在理论上，方程(2.3)也有如下的艾里波包解[2]：....

图2.2不同衰减系数情况下一维有限能量艾里光束的传播模拟图

2艾里光束的基本理论及其性质论7(s,=0)=Ai(s)exp(s)(2.6)其中，为衰减系数，且满足0＜1，在上述限制条件下求解，得到一维有限能量的艾里波包解，其表达式如下[2]：2322(,)[()]exp()221222iiissAisis=+++(2.7)根据式(2.7)....

图2.3二维艾里光束(a)无限能量二维艾里光束(=0)；(b)有限能量二维艾里光(=0.05)

2艾里光束的基本理论及其性质论9图2.3二维艾里光束(a)无限能量二维艾里光束(=0)；(b)有限能量二维艾里光(=0.05)图2.4(a)-(c)展示的是加入衰减因子=0.05的有限能量艾里光束传播位置分别在=048、、时的光场分布，从图中我们可以看到：二维艾里光束在Sx-Sy....

图2.4有限能量二维艾里光束传播图(=0.05)

2艾里光束的基本理论及其性质论9图2.3二维艾里光束(a)无限能量二维艾里光束(=0)；(b)有限能量二维艾里光(=0.05)图2.4(a)-(c)展示的是加入衰减因子=0.05的有限能量艾里光束传播位置分别在=048、、时的光场分布，从图中我们可以看到：二维艾里光束在Sx-Sy....

本文编号：3919441