类Airy光束的产生与传输特性研究

发布时间：2017-12-18 02:00

本文关键词：类Airy光束的产生与传输特性研究

【摘要】：Airy光束除了具备传统无衍射光束的无衍射、自修复特性以外,还拥有奇异的横向自加速特性,使其在光学微粒子操控、真空电子加速、表面等离子体极化、光镊子等众多领域有着独特的应用价值。科研工作者们对Airy光束的研究主要集中在Airy光束的产生、传输和应用三个方面,期间取得了许多具有里程碑意义的进展。近年来,随着人们对Airy光束认识的深入,由Airy光束衍生出一系列的类Airy光束开始进入我们的视野。对比于传统的Airy光束,经过相位处理或频谱修正的类Airy光束,在某些性能上表现出更诱人的优势。例如,频谱受高通滤波函数调制的圆Airy光束,相比传统的圆Airy光束,其突然自聚焦性能获得了巨大的提升,并且该光束的传输轨迹、聚焦点的位置、焦斑尺寸等基本保持不变。再如,Super Airy光束,相比传统的二维Airy光束,其主瓣尺寸更小,能量更集中,更加适合用于微粒子的调控等。致力于进一步提升Airy光束的某些性能,本论文主要对类Airy光束的产生以及传输特性进行了针对性研究,具体内容如下:(1)、经过高通滤波函数调制的圆Airy光束能够极大地增强其突然自聚焦特性,受此启发,我们分别引入了低通滤波函数和带通滤波函数对圆Airy光束的频谱进行调制处理,以增强圆Airy光束的某些特性。通过对其传输特性及突然自聚焦性能的详细研究,我们发现:频谱受低通滤波函数、带通滤波函数调制的圆Airy光束,其焦斑会拉伸形成一枚“光学针”。通过调整滤波参数的取值,我们可以控制光学针的长度、纵向宽度和能量梯度。(2)、论文深入地研究了线偏振圆Airy光束在各向异性单轴晶体中的传输特性。研究结果表明,沿着晶体光轴传输的圆Airy光束,其光场失去了圆对称性分布的特性,并且随着传播距离的增大,单轴晶体的各向异性对光束光强分布的影响会愈发明显。非寻常折射率与寻常折射率的比值(0/en n)是影响光束的光强分布的另一个重要因素,0/en n的值偏离1越大,光束的光强分布对称性越差。此外,在单轴晶体内的圆Airy光偏振态变得非常复杂,出现了具有拓扑电荷为2的涡旋属性。(3)、针对Super Airy光束的产生装置需要较大的横向空间、价格昂贵等缺点,我们结合Airy光束激光束,提出了一种直接输出Super Airy光束的激光器设计方案。该激光器使用激光二极管作为泵浦源,采用端泵的方式泵浦掺杂浓度为1%的掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)棒,以加载了Super Airy光束立方相位信息的衍射光栅作为耦合输出镜,在一级衍射方向可以直接输出Super Airy光束。理论数值计算表明,该激光器的阈值功率为1.4W,当泵浦功率为2W时,其输出功率达到678mW。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O436;TN248

【参考文献】

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