宽带超短涡旋脉冲的产生与传输特性研究

发布时间：2021-01-21 05:44

　　涡旋光束是一种传输过程中呈现漩涡状相位、中空分布的特殊光束。由于涡旋光束的光场表达式中有螺旋相位项而且光束的每个光子都携带携带轨道角动量,使得其在与物质相互作用、自由空间传输、非线性光学中都展现出了独特的性质。因此,它在微粒的多维操纵、自由空间光通信、激光加工等领域拥有着巨大的应用前景,近些年受到人们的广泛关注与研究。目前将涡旋光束与宽光谱短脉冲相结合,对短脉冲进行相位调制,产生宽带超短涡旋脉冲是涡旋光研究的重要研究方向之一,得到的具有涡旋特性的短脉冲将会为高强度场物理实验、超快非线性光学、精密激光材料加工等前沿科学领域提供前所未有的科研条件和工具。同时,这些领域的发展也对宽光谱超短涡旋脉冲提出了越来越多的新要求。论文的主要工作有以下几个部分:1.通过文献调研,对涡旋光束的发展历史、应用领域以及宽带涡旋脉冲产生的研究现状进行了详细介绍。2.从麦克斯韦方程出发,推导了厄米高斯光束与拉盖尔高斯光束的数学表达式,进而从本质上解释了两种光束相互转化的原理,并对他们在源平面处的光场分布进行了数值模拟。介绍了涡旋光拓扑荷的检测方法——干涉法,对涡旋光与平面波、球面波的干涉过程进行了数值推导,并数值... 

【文章来源】：中国工程物理研究院北京市

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１涡旋光场的螺旋相位波前（ａ）／＝ｌ；（ｂ）／＝－ｌ；（ｃ）／＝２；（ｄ）／＝－２??

了涡旋光束携带轨道角动量，大小为??出，Ｚ是涡旋光的螺旋拓扑荷，ｈ为普朗克常数Ｗ。自此，涡旋光的本质逐渐被科学家们??揭示，成为热门的研宄课题［１５＿１９：＞。??１９９５年，Ｈｅ等人在实验中产生了三阶拉盖尔高斯光束，并利用实验产生的拉盖尔??高斯光束照射微米尺寸的石墨微粒，实现了对石墨微粒的囚禁、移动、旋转，表明拉盖??尔高斯光束所携带的轨道角动量会转移到石墨微粒［２（）］。??１９９８年，Ｃｏｕｒｔｉａｌ等人在实验中将涡旋光束入射旋转的物体，来研究涡旋光束的旋??转频移现象，如图１．２所示，他们在实验中发现光束会发生多普勒旋转频移，光束偏转??角与光束的轨道角动量相关［２１］。??／??／??图１．２涡旋光束的旋转频移??２００１年，Ｍａｉｒ?Ａ等首先利用涡旋光轨道角动量实现了多维度的纠缠态，产生了无??限维度的Ｈｉｌｂｅｒｔ空间［２２］。??２??

，浙江大学的陈子阳通过实验研究了涡旋光束在弱大气湍流中的传输特性，??他发现涡旋光束拥有比普通高斯光束更小的闪烁指数。光束的螺旋拓扑荷越大，其闪烁??指数越小，当光束的传输距离增加时，一阶涡旋光束在轴上的闪烁指数也随之增加［２８］。??２０１１年，Ｐａｄｇｅｔｔ?Ｍ等人对涡旋光束与微粒间的相互作用进行了系统性的研究，他??们发现在微粒对光束的反射、折射以及吸收时会发生动量的转移，从而实现涡旋光束对??微粒的捕获、移动与旋转，基于此提出了“光学镊子”与“光学扳手”的概念??１?ｍ??图１．３?“光学摄子”与“光学扳手”??２０１１年，蒲继雄课题组研宄了拉盖尔高斯光束的传输特性，从菲涅尔衍射理论出发??模拟了光束在自由空间中传输一段距离后光斑和相位的变化情况［３（）】。??３??


本文编号：2990578