涡旋光束经叉形光栅的衍射特性

利用惠更斯-菲涅耳衍射积分以及叉形光栅的透射率函数,推导出了涡旋光束经叉形光栅衍射后的解析表达式。详细研究了涡旋光束通过携带拓扑电荷数l的叉形光栅后的光强分布和拓扑电荷数。结果表明,中心零级光斑和入射涡旋光束的拓扑电荷数m相同;随着衍射级数n的变化,衍射光斑的拓扑电荷数变为nl+m。当满足nl+m=0时,该n级光斑中心为平面波形的亮斑,在此光斑两侧随着衍射级数的改变,衍射光斑的空心半径逐渐增大。根据平面波光斑所在位置的级数n以及叉形光栅携带的拓扑电荷数l,由nl+m=0可确定入射涡旋光束的拓扑电荷数m。将计算结果与实验结果做了比较,发现两者基本吻合。     

二维全息光栅的夫琅和费衍射

为了对光栅的衍射性能有更深入的了解,对振幅型光栅的衍射进行了研究。通过对振幅型一维和二维全息光栅的夫琅和费衍射进行观测,拍摄了光栅衍射的夫琅和费衍射图样。从结果发现二维光栅的主极大分布并非两个一维光栅主极大分布的简单相加,而是在二维平面内形成的规则分布,其分布规律与矩孔衍射图样的光强分布有着相似之处。实验结果可以据衍射理论很好地解释,因此,理论与实验是完全一致的。     

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。     

基于空间光调制器的多强度测量相位恢复方法

提出了一种基于相位型空间光调制器（SLM）的相位恢复方法。利用相位型SLM快速准确的相位调制特性,对待测物体的物光波前进行相位调制。每次相位调制后,在物光波的频谱面记录下强度分布。运用GS迭代算法,通过频谱面光强信息反演出相位信息,并且提出了内-外层迭代的思想,进一步提高了相位恢复精度。对一维相位光栅进行了相位恢复试验...     

光纤端面平面型螺旋相位板设计

针对传统阶梯型高阶螺旋相位板在光纤端面上制作难度大和使用过程中容易损坏的问题,文章提出了一种在光纤端面上制作平面型螺旋相位板的设计方案。这种相位板在不同方位角上高度相同,通过控制不同方位角处的折射率可获得不同的拓扑荷数。文章使用菲涅尔衍射理论对该方案产生的涡旋电场分布及光强分布进行了详细的理论分析,同时采用时域有限差分方法对基模高斯光束通过具有不同拓扑荷数的平面型螺旋相位板后在光纤中的传播过程进行了仿真验证。仿真结果表明,该种光纤端面平面型相位板对于高阶和低阶模式都能产生高质量的涡旋光束,有效克服了传统阶梯型螺旋相位板存在的不足。     

相全息图产生任意阶无衍射光束阵列的理论和实验

无衍射光束由于其中心光斑尺寸小、传播中无衍射等特性被广泛关注。提出了一种相位全息图产生任意阶次和位置的无衍射光束阵列的方法。设计具有相同特征值的相全息图阵列,即阵列中每幅相全息图在频谱面上产生相同半径的亮环,并把相全息图阵列写入空间光调制器,由于傅里叶变换平移不变性,相全息图阵列在频谱面上仍产生唯一能量集中的亮环,通过环形滤波器将其滤出,再次进行傅里叶变换,便得到无衍射光束阵列,并且每个无衍射光束的位置和阶次都可以任意设置。理论分析和实验均证明了该方法的可行性。     

衍射法快速线性化液晶空间调制器的相位调制关系

纯相位型液晶空间光调制器是应用较广的高精度光学仪器。使用Holoeye产家推荐的双孔干涉测量法可使16阶闪耀光栅的1级光衍射效率达到80%。但需要滤波、准直、扩束等细致工作,耗时较长。运用二进制相位光栅衍射法可以简化修正过程。实验中每隔10个灰度值测一个点,利用Matlab做线性内插扩展到255灰度。使16阶闪耀光栅和二进制光栅的1级光衍射效率最终达到产家目录给出的83%和40%。修正结果证明5-5序列配置的Holoeye Pluto的液晶光阀在平均调制相位稳定的基础上,衍射法校正相位调制特性不受闪烁影响,且简单可行。     

基于相位型空间光调制器的光束控制技术研究

非机械伺服控制的液晶空间光调制器（LCSLM ）通过控制加载在每个像素上的电压能够实时调制波前相位实现光束偏转,基于菲涅耳透镜模型和闪耀光栅模型验证了光束偏转控制能力,包括偏转距离、衍射效率与不同模型参数之间的关系,入射光波长为1550 nm时,x轴或y轴可实现的最大偏转角度为6.96°(±3.48°),光束能够在光轴方向与二维平面偏移。针对光束的高速灵敏、精准和大角度的扫描应用需求,提出了基于LCSLM的光波前相位调控算法,通过计算需要补偿的相位建立相位变换模型并满足光束控制流程,设计并构建了基于LCSLM的光束偏转及扫描实验系统,实验结果表明光场中任意位置的光斑可在接收视场360°范围内灵活偏移控制。该研究对于自由空间无线光通信、光束敏捷控制、非机械式光束的捕获瞄准跟踪等领域具有重要的应用价值。     

基于涡旋光与球面波干涉的微位移测量研究

基于涡旋光与球面波的干涉原理,提出一种物体微位移的光学测量方法。改进马赫泽德干涉光路,其中一束光照射至空间光调制器产生涡旋光束作为参考光,另一束光经透镜变为球面波后照射至物体上,两束光干涉后干涉条纹呈螺旋状分布。当物体发生微小位移时两束光的光程差改变,螺旋干涉条纹发生旋转,通过干涉条纹的旋转角度可以确定物体的微位移量。经理论分析、仿真和实验证明:基于涡旋光与球面波干涉螺旋条纹旋转角度的变化能够实时监测物体位移量的变化,同时可以有效计算物体的微位移。实验中,测量物体的产生位移量为27 nm,通过涡旋光与球面波干涉螺旋条纹旋转角度的变化实际测得物体的位移为25.75 nm,误差为1.25 nm。     

螺旋型波带片成像的空间分辨率研究

研究了1阶螺旋型波带片(SZP)的聚焦特性,提出了一种数值计算SZP空间分辨率的方法。通过数值计算获得SZP的聚焦特性曲线,计算出SZP对刀边图形的响应曲线,根据响应曲线并结合光学相干叠加原理,确定SZP的空间分辨率。理论分析得到模拟计算和实验结果的验证。     

采用粒子性对衍射现象进行研究的实例

采用粒子性观点,用概率波对光栅衍射和环孔衍射过程进行了讨论,所得结论与采用光的波动性观点的惠更斯-菲涅耳原理及Fourier变换方法所得结果相同。通过分析,进一步加深了对衍射的本质和光的粒子性的认识。     

相位调制双曲余弦高斯光束的梯度力

分析了同心分区相位板对双曲余弦高斯光束的梯度力的调制效应。模拟结果表明相位板可以调节焦点区域梯度力的分布,通过改变相位板的各个区域半径的大小,可以改变梯度力的分布形式,同时会出现多个光陷阱,光陷阱的形状也会发生非常明显的变化,改变相位板的相位变换量,可以使光陷阱移动,相位变换量从π增大到2π的过程中,其梯度力的演化形态和光陷阱的移动方向与相位变换量从0增加到π的过程中梯度力的演化形态和光陷阱的移动方向相反,这种相位板可用于构建可控光镊。     

利用消光式椭偏仪精确测量波片相位延迟量

采用消光式椭偏仪精确测量波片的相位延迟量。从理论上分析了椭偏仪测量波片相位延迟量的可行性,重点讨论了标准1／4波片及待测波片的相位延迟量误差对测量精度的影响,并给出相应的实验验证。实验表明：该方法测量过程简单,方便,易受光强波动的影响,测量相位延迟量重复性精度达0．02°,相对误差为0．02％,是一种实用及有效的波片相位延迟量测量的方法。     

菲涅耳全息投影中零级光的消除

采用菲涅耳相位全息图进行全息投影显示时,再 现像的视觉效果受到空间光调制器(SLM)像素结构引起 零级光的影响。为消除零级光的影响,本文基于原有的菲涅耳全息投影系统,在SLM后面引 入成像透镜, 并在透镜的后焦面设置高通滤波器以滤除零级光。为抵消成像透镜引起 的相位变化,通过引入发散球面, 实现调节全息再现像成像位置的目的。实验结果表明,在 不改变菲涅耳相位全息图重构距离的情况下,可以有效消除零级光对全息再现像的影响。     

写光波长对光折变空间光调制器分辨率的影响

结合光学实验及数值模拟,对写光波长的变化对基于Bi12SiO20(BSO)光折变晶体的光寻址空间光调制器(SLM)的调制传递函数(MTF)空间频率响应的影响进行了分析.光学实验分析结果和数值模拟分析相吻合,写光波长以及电荷位置对SLM的MTF空间频率响应的影响在本质上得到了统一.根据分析及讨论,较短波长的写光有利于获得较好的MTF空间频率响应.     

LC-SLM调制传递函数的实验研究

根据液晶空间光调制器调制传递函数的定义和测量方法,建立了测量LC-SLM调制传递函数的实验系统,对EPSON 0.9 in L3D09H-41C00型液晶空间光调制器的调制传递函数进行了测量,得到了调制传递函数曲线,并对实验测量结果进行了分析和讨论.