基于分数泰伯效应的阵列光学涡旋的产生-6-2.docVIP

学 士 学 位 论 文 论文题目：基于分数泰伯效应的阵列光学涡旋的产生 姓名 院系 物理与光电工程学院 专业 应用物理学 年级 学号 指导教师 2012年6月1日目 录 引言 1 1.1光学涡旋的特点和应用 1 1.2光学涡旋的产生方法 3 1.3阵列光学涡旋的产生方法 4 1.4 阵列光学涡旋的应用 6 1.5本课题的研究目的和意义 8 2．分数泰伯效应 8 2.1基于倒格矢理论的分数泰伯效应 8 2.2六角阵列的纯相位分布解析式 9 3. 基于分数泰伯效应的阵列光学涡旋的产生 10 3.1六角阵列光学涡旋的设计产生 10 3.2计算机数据模拟结果与分析 12 4. 总结 14 参考文献 14 致谢 15 基于分数泰伯效应的阵列光学涡旋的产生 摘 要：Generation of an array of optical vortices with the fractional Talbot effect Zhao Chaofei (School of Physics and Optoelectronic Engineering, Physics, Class1 Grade2008, 20082312798) Abstract: Optical vortices have special helical wave fronts, which have attracted great attention to their well-defined orbital angular momentum property. This kind of special optical field has been applied in many fields including optical micromanipulation, atomic optics, biomedicine, and quantum information processing. In this thesis, a simple equation of the phase-only distribution of the hexagonal array is given by using of the reciprocal lattice theory. Based on the equation of the phase-only distribution and the phase contrast effect, we design some hexagonal optical vortices arrays. The numerical simulation is consistent with the theory. Key Words: fractional Talbot effect, hexagonal array, optical vortices, phase-contrast 1 引言 1.1 光学涡旋的特点和应用 涡旋是螺旋的一部分。在自然界中，我们常见的现象是螺旋。不管是宏观上的风，还是微观上的DNA。物理中流体力学研究表明，绝大多数流体具有有旋运动形式，通常以涡旋的形式表现出来。在物理上，奇点或奇点线的物理性质时会成为无穷大或发生突变。在这些奇点处，波的相位没有定义而强度为零。波存在相位奇点和旋转流体存在奇点的现象通称为涡旋。在Whewell的研究中得出一个具有螺旋状波前的波通常称为涡旋波。相位缺陷的存在导致光学涡旋的产生。光学涡旋一种特殊的光场结构。所谓涡旋光束就是指光束的相位为连续的螺旋状的光束。涡旋光束的中心是振幅为零，即是一个相位奇点，并且此类光束的相位波前以2π螺旋式绕涡旋中心旋转，所以涡旋光束的波阵面呈涡旋状，具有奇异性[1]，如图1-1所示的不同拓扑荷的涡旋光束的波前分布。涡旋现象存在于不同性质和尺度的物理系统中，如水漩涡、大气中的龙卷风，超流体中的量子漩涡、在宇宙大爆炸学说中也涉及到了涡旋的概念、玻色-爱因斯坦凝聚态中的涡旋阵列。 (d) 图1-1. 涡旋光束的波前分布，其中拓扑荷为：(a) l=+1；(b)；l=-1；(c) l=+2；(d) l=-2 [1]。 涡旋也是在电磁辐射中普遍存在的一种现象。当电磁波中存在着类似于晶体的“螺旋式缺陷”时,波前会绕其传播方向以螺旋方式前进，形成螺旋形的波前。光学涡旋是一种点相位缺陷的光场，在该点处实部和虚部都为零，故相位值不确定。过该缺陷点的传播方向称为涡旋轴。围绕涡旋轴，波前具有螺旋结构，与流体动力学中涡旋的概念类似，故称为光学涡旋。所以光学涡旋是一种具有螺旋相位结构的光场。 光学涡旋有以下特点：