一种新型的共轴叠加复合涡旋光束

利用束腰半径不同、拓扑电荷数不相等的两束拉盖 尔高斯涡旋光束共轴叠加,产生了一种新型的复合涡旋光束。研究了束腰半径大小对光束分 布的影响以及复合涡旋光束的空间传播特性。结果表明,通过 改变其中一束拉盖尔高斯涡旋光束的束腰半径可以控制复合涡旋光束的明暗花瓣与光束中心 间距离; 复合涡旋光束在空间传播过程中表现出衍射展宽和古伊旋转等特性。基于反射式空间光调制 器(SLM)的 光电实验验证了上述结果。本文研究对深入理解复合涡旋光束的形成、分布特征以及其空间 传播特性等提供了一定的理论和实验依据。     

复合涡旋光束的光强与相位特性

为了研究复合涡旋光束的光强与相位特性,利用不同拓扑荷数的2束零阶径向拉盖尔-高斯(LG)涡旋光束共轴叠加,产生一种新型的复合涡旋光束,从理论上研究了拓扑荷数对复合涡旋光束的光强与相位分布特性的影响,分析了拓扑荷数与中心暗斑直径以及内、外环分叉数的线性关系,并进行了数值仿真.仿真结果表明:不同拓扑荷数的2个零阶LG涡旋光...     

拉盖尔-高斯光束经单缝后的光强分布和螺旋谱

根据菲涅耳衍射积分,研究了拉盖尔-高斯光束经过单缝衍射后的光强分布,发现拉盖尔-高斯光束经过单缝后衍射条纹会出现空心和发生弯曲,并与实验结果进行了比较.研究了拉盖尔-高斯光束经过单缝后的螺旋谱,发现单缝的存在会使螺旋谱展宽.给出了拉盖尔-高斯光束经过单缝衍射后的相位分布.研究结果可用于涡旋光束拓扑电荷数的测量.     

角谱法分析拉盖尔高斯光束矢量远场特性

基于光束非傍轴矢量光束传输理论,研究拉盖尔高斯涡旋光束传输远场特性, 运用角谱衍射公式,以及稳相法,经过积分运算,得到初始平面上为线偏振拉盖尔高斯涡旋光束经一段距离传输后,其矢量电场分布解析表示式,进而数值计算了初始为 x 方向偏振的拉盖尔高斯光束沿 z 轴传播中各方向电场分量,等相面空间分布结构。结果表明,经一段距离传输后,平行于传播方向的电场分量显现,强度呈双峰结构,其值远小于垂直电场方向分量值,然而随着拓扑荷数增加,该方向分量也增加,光斑发散程度也相应增加;其光束等相面呈螺旋状分布。     

拉盖尔-高斯光束入射石英基底石墨烯涂层的透射光强分布特性研究

石墨烯材料在光学领域的特性吸引了众多学者进行研究。本文基于角谱衍射理论建立了拉盖尔-高斯光束入射石英基底石墨烯涂层的双层结构模型,研究了拉盖尔-高斯光束通过该模型的透射光强分布特性,分析了改变石英基底的方向自相关长度、拉盖尔-高斯光束的拓扑荷数和石墨烯涂层的厚度对拉盖尔-高斯光束入射该模型的光强分布影响,且搭建了实验来进行验证,将其结果进行对比。结果表明：随着石墨烯涂层厚度增加,拉盖尔-高斯光束透过的光强随之减弱,当石墨烯涂层的厚度大于20 nm时,光强强度明显减弱。当石英基底的方向自相关长度增大时,光束受粗糙面影响变大,光强分布中暗斑变多。本文研究结果可以为石墨烯材料光学特性的研究提供支撑。     

混合光环晶格的实验研究

混合光环晶格是由束腰半径相同、拓扑电荷数分 别为整数和分数的两束拉盖尔-高斯(LG,Laguerre-Gaussian)涡旋光束共轴叠加 而成。本文理论模拟产生了混合光环晶格,包括混合亮环晶格和混合暗环晶格;基于共轭对 称延拓傅里叶 计算全息生成了混合光环晶格的全息图,并利用反射式空间光调制器(SLM),光电再现了高 质量的混合光环 晶格,实验结果与理论模拟一致。研究表明,混合光环晶格可以揭示拓扑电荷数的变化对 光环晶格的光束 分布影响,对深入理解复合涡旋光束提供了实验依据。     

离轴涡旋光束干涉光场的理论研究

对普通拉盖尔-高斯涡旋光束和离轴拉盖尔-高 斯涡旋光束干涉光场进行了理论 模拟。对比分析表明,离轴涡旋干涉图样中光强分布不对称,拓扑荷取相同或者不同数值光 强 分布均向一个方向集中。拓扑荷取相同数值时,改变离轴参数d 使得干涉光强图样不对称现 象更加明显;拓扑荷取不同数值时,与普通涡旋光束干涉一样只影响光斑圆周展宽;且拓扑 荷 的正负决定光场集中分布的方向。当拓扑荷和离轴参数一定时,随着传输距离的增加观察面 上的光斑展宽也在相应增加。其结果将对长距离探测涡旋光束干涉的对准问题以及利用涡旋 光束捕获操纵微粒子起到指导性作用。     

涡旋光束单缝衍射的理论和实验研究

根据菲涅耳衍射积分,研究了拉盖尔-高斯光束经过单缝衍射后的光强分布.研究表明,拉盖尔-高斯光束经过单缝后衍射条纹会发生断层和弯曲,弯曲的方向和程度跟拓扑电荷数紧密相关.实验结果也证实了这一现象.还研究了拉盖尔-高斯光束经过单缝后的螺旋谱.研究表明,单缝的存在会使螺旋谱展宽,展宽程度受到拓扑电荷数、光斑大小以及单缝缝宽的影响.     

拉盖尔高斯光束矢量远场特性的角谱法分析

基于非傍轴矢量光束传输理论,研究了拉盖尔高斯光束的远场特性。运用角谱衍射公式以及稳相法,得到了初始为线偏振态的拉盖尔高斯光束传输一段距离后的矢量电场分布的解析表示式。数值计算了初始为x方向偏振的拉盖尔高斯光束沿z轴传播时各方向的电场分量及等相面空间分布。结果表明,传输一段距离后,出现了平行于传播方向的电场分量,其强度分布呈双峰结构,且其值远小于垂直电场方向的分量值;随着拓扑荷数的增加,该平行分量增加,光斑发散程度也相应增强。该光束等相面呈螺旋状分布。     

弱湍流大气中部分相干涡旋光束的轨道角动量特性

根据轨道角动量谱理论,推导了部分相干拉盖尔-高斯光束轨道角动量态的功率表达式。分析了相干长度、束宽对轨道角动量的影响,讨论了弱湍流大气中部分相干-拉盖尔高斯光束轨道角动量特性。结果表明:部分相干拉盖尔-高斯光束在相干长度与束腰半径比值固定的情况下,其初始轨道角动量态相对功率不会随着束腰半径的改变而变化。在部分相干拉盖尔-高斯光束初始相干长度与束腰半径取值大小相同的情况下,随着束腰半径的增大,光束在弱湍流大气中传输1 km处的初始轨道角动量态相对功率减小。     

涡旋光束经过轴棱锥后的聚焦特性

研究了涡旋光束通过轴棱锥聚焦后的聚焦特性。利用惠更斯-菲涅耳衍射积分理论推导了涡旋光束经过轴棱锥聚焦后所获得的聚焦光强分布。数值模拟结果表明,涡旋光束经过轴棱锥聚焦后可获得高阶贝塞尔光束。研究了不同锥角的轴棱锥对涡旋光束聚焦特性的影响以及不同拓扑电荷数对聚焦特性的影响。结果表明,在轴棱锥对应的最大准直距离内,所获得的高阶贝塞尔光束保持了原有的无衍射特性。     

轨道角动量叠加态的产生及其检验

带有螺旋相位分布的波束都具有轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）,其螺旋相位取决于OAM态拓扑荷数。理论分析了叠加涡旋光束的相位及光场分布,然后将叠加态涡旋光束的相位分布图加载到空间光调制器上产生了多态涡旋光束,讨论了不同拓扑荷数叠加时光场衍射图的分布情况。实验结果表明,叠加态的涡旋光束光场衍射图随着叠加光束拓扑荷数的正负以及数值而呈一定规律性变化,即当叠加的两束光拓扑荷数为异号时,衍射产生的光斑数为两束光拓扑荷数绝对值之和;当叠加的两束光拓扑荷数为同号时,衍射产生的光斑数为两束光拓扑荷数之差的绝对值。通过此性质可以检验涡旋光束的拓扑荷数,为叠加涡旋光束在自由空间光复用通信系统的拓扑荷数检测提供了新的方法。     

利用螺旋相位板获取涡旋光束的传播分析

为研究涡旋光束在空间中的传播特性,首先从理论上对利用螺旋相位板获取涡旋光束的基本原理进行了推导,并得出影响涡旋光束光斑半径尺寸的详细因素。然后基于设计好的螺旋相位板模型,对具有不同拓扑荷数涡旋光束的传播过程进行了细致的模拟分析和实验验证。结果表明,光斑半径会随着光束传输距离的增加而逐渐变大,并且随着拓扑荷数的增大光斑展宽程度也会相应明显。最后验证了基于螺旋相位板叠加获取新型拓扑荷数涡旋光束的实验方法。该结论为激光应用中实现不同性质微粒的微控制提供了具体的指导。     

异常涡旋光束的拓扑荷的测量

提出了一种测量异常涡旋光束的拓扑荷的方法。在接收孔径之前放置一个特殊样式的掩膜板,通过接收平面的光强图来分辨异常涡旋光束的拓扑荷值。首先采用理论推导的方法得出接收平面光强分布的解析式,然后通过数值仿真得出光强图。研究表明,接收平面上的强度分布图为多环结构,环数与异常涡旋光束的拓扑荷值有关,而与光束阶数无关。研究成果对于促进异常涡旋光束的应用具有重要意义。     

涡旋光场的吸收调制效应及其在超分辨技术中的应用

为开展基于涡旋光场的吸收调制效应超分辨技术 研究,对光场吸收调制效应的标量和矢量两种模型进行了计算分析和比较。选取矢量模型研 究不同拓扑荷、不同线偏振方向 涡旋光束紧聚焦情况下的吸收调制效应,计算经吸收调制后的透射光斑尺寸。结果表明, 涡旋光束的拓 扑荷和偏振方向对吸收调制效应有较大的影响。在文中计算条件下,将拓扑荷为0的x线偏振涡旋光束应 用于吸收调制单点超分辨技术中时,能获得约205nm的理论分辨率。 本文的研究结果,对于吸收调制单 点超分辨技术的研究,特别是通过优化光场分布提高分辨率的研究具有指导意义。     

分数阶涡旋光束的轨道角动量的测量

理论分析了拓扑电荷数为分数且大小相等、符号相反的两束涡旋光束的干涉,实验研究了分数阶涡旋光束的拓扑电荷数的改变对干涉的影响。研究结果表明,采用加道威棱镜的马赫曾德尔干涉方法可以容易地分辨拓扑电荷数为0.5的整数倍涡旋光束,而其它分数阶涡旋光束的分辨则比较困难。