艾里涡旋光束的产生及其传播特性研究

论文摘要

艾里光束具有无衍射、自愈以及其独有的自弯曲性质,近年来在光学界掀起了研究热潮。具有横向加速度的艾里光束被广泛应用于微粒清扫、微粒捕获、等离子体通道、光子弹以及医学治疗等众多领域。涡旋光束具有螺旋形的相位分布,中心光强为零,在此处形成一个暗核,它能够无损伤地捕获粒子,同时涡旋光束还携带轨道角动量,能使被捕获的粒子发生旋转,这在光学微操纵、量子通信等领域都有应用价值。本文基于艾里光束与涡旋光束各自的特性,提出一种艾里涡旋光束。主要工作如下:首先,通过在艾里光束立方相位的基础上,叠加一个螺旋相位,得到立方螺旋相位,进而产生艾里涡旋光束。改变立方相位与螺旋相位之间的位错,得到初始场不同的艾里涡旋光束,即光学涡旋加载在艾里光束的不同位置,并通过模拟与实验观察该光束的传播特性,发现艾里涡旋光束在传输过程中,光学涡旋不会影响艾里光束的传输轨迹,其主瓣依旧遵循抛物线轨迹,同时主瓣与光学涡旋的相对位置会随着传播距离的增加逐渐加大。其次,为了改善艾里光束能量分布不均匀的问题,基于其自弯曲的特性,提出一种具有对称性质的四艾里自聚焦光束。同样对相位进行调制,在立方相位的基础上,对其取绝对值操作,得到对称艾里光束。此时,再将螺旋相位加入到对称立方相位中,并且通过改变对称立方相位与螺旋相位的相对位置得到对称艾里涡旋光束的两种形式,即轴向型和离轴型。通过模拟与实验,研究轴向型和离轴型对称艾里涡旋光束的传播特性。发现光束会出现自动聚焦现象,且轴向型光束中心会在初始平面出现暗核,同时光束会发生旋转,而离轴型光束在传播过程中涡旋会出现在主瓣中心,形成暗核。接着,为了获得初始光场可控的对称艾里涡旋光束,在对称立方相位的基础上引入线性因子c,不同数值的线性因子可以得到不同初始场的对称艾里涡旋光束。线性因子大于零时,光束四个艾里主瓣均沿着光轴向内传播;线性因子小于零时,光束四个艾里主瓣均远离光轴向外传播。最后,讨论衰减系数、尺度参数以及波长这三个参量对光束的影响。衰减系数越大,得到的对称艾里涡旋光束的能量越弱;尺度参数越大,光束的弯曲程度越小,同时宽度越窄;波长越大,光束的传输轨迹越陡峭,其自聚焦位置也相应前移。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 毛红行

导师: 钱义先

关键词: 艾里涡旋光束,空间光调制器,相位调制

来源: 浙江师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 浙江师范大学

分类号: O436

DOI: 10.27464/d.cnki.gzsfu.2019.000113

总页数: 65

文件大小: 4598K

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