光纤中矢量涡旋光束的产生-光学工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Classified Index：O431.2 Dissertation for the Master Degree in Engineering Generation of Vector Vortex Beams in an Optical Fiber Candidate： Sun Peijing Supervisor： Zhang Liuyang Academic Degree Applied for： Master of Engineering Specialty： Optics Engineering Date of Oral Examination： March, 2016 University： Harbin University of Science and Technology 哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《光纤中矢量涡旋光束的产 生》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行 研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已 发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名：孙培敬 日期：2016 年 3 月 30 日 哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书 《光纤中矢量涡旋光束的产生》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位 期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大 学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔 滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提 交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以 采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于 必威体育官网网址 □，在 年解密后适用授权书。 不必威体育官网网址 ?。 (请在以上相应方框内打√) 作者签名：孙培敬 日期：2016 年 3 月 30 日 导师签名：张留洋 日期：2016 年 3 月 30 日 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 哈尔滨理工大学工学硕士学位论文 光纤中矢量涡旋光束的产生 摘 要 矢量涡旋光束具有螺旋相位结构，可以聚焦形成环形的光阱，并且携带光 子轨道角动量，可以与微粒发生动量及角动量耦合，这在操纵微粒平动和转动、 束缚低折射率粒子、控制生物标本等方面有着重要应用，近年来已经在激光光 学、微粒波导、生物医学、原子光学、光学微操纵、非线性光学、光学信息传 输、光学计算等领域得到广泛研究和应用。 矢量涡旋光的产生方法主要有模式转换法、空间光调制法、计算全息法等， 大多存在装置复杂，成本较高的问题，本文尝试使用普通光纤，通过控制高斯 光入射条件，直接产生矢量涡旋光，并对该方法进行了理论和实验验证。 首先，从波动方程出发，用光纤模式理论分析了光纤中的模场分布，给出 矢量模的分类和与标量模的对应关系，并使用 Mathematica 软件计算了光纤各模 式的截止条件、传播常数、有效折射率、激发效率，给出了各阶模式激发效率 与入射光倾斜角度和偏移量的关系。其次用 Comsol 软件仿真了光纤中的模场分 布，计算各模式的有效折射率，与 Mathematica 软件计算结果吻合较好。 最后根据理论模型，设计实验系统，将波长为 0.6328μm 的激光以一定入射 角度和偏移量耦合进 SMF-28E 光纤，通过控制入射角度、偏移量和入射光的偏 振态，输出光波经相干检测验证了各阶模式的涡旋特性，经偏振检测，验证了 模式的矢量特性，证明了通过光纤获得矢量涡旋光的可行性。本研究为矢量涡 旋光束的产生提供了简单易行、成本低廉的途径，为矢量涡旋光束的推广和应 用提供了支持。 关键词 矢量光束；光学涡旋；光纤模式；轨道角动量；有效折射率 I Generation of Vector Vortex Beams in an Optical Fiber Abstract Vector vortex beams with spiral phase structure, can be focused to form annular optical trap. For carrying photons orbital angular momentum, momentum and angular momentum coupling can happen with particles, that can be used in manipulation of particles, especially low refractive index particle in translation and r