光涡旋的产生及其传输演化特性研究-光学专业论文.docxVIP

山东师范大学硕士学位论文 山东师范大学硕士学位论文 山东师范大学硕士学位论文 山东师范大学硕士学位论文 i i ii ii 目录 中文摘要………………………………………………………………………I 英文摘要…………………………………………………………………………III 第一章 绪论……………………………………………………………… 1 §1.1 光学涡旋的发展进程及其研究现状.……………………………1 §1.2 光学涡旋的应用前景..…………………………………………3 §1.3 本文内容..………………………………………………………4 第二章 光学涡旋的产生方法及其基础理论分析…………………………7 §3.1 光涡旋的产生方法..…………………………………………7 § 2 . 2 涡 旋 光 束 的 相 关 原 理 介 绍 . … …… … … … … … … …… … .. . . . . . . . 1 5 §2.3 几种常见的涡旋光束..…………………………………………17 第 三 章 涡 旋 光 束 的 干 涉 特 性 研 究 . . … … … … … … … … … … . . . . . . . . . . . . . . 2 1 §3.1 平面波与涡旋光束干涉的理论分析与模拟..…………………21 §3.2 球面波与涡旋光束干涉的理论分析与模拟……………22 §3.3 本章小结………………………………………………24 第四章 涡旋光束的衍射特性研究…27 §4.1 涡旋光束经圆环形孔径光阑衍射的理论分析与模拟……27 §4.2 涡旋光束经菱形光阑衍射的理论分析与模拟29 §4.3 涡旋光束经正方形环形阵列光阑衍射的理论分析及模拟31 §4.4 涡旋光束经三角形孔径阵列光阑衍射的理论分析及模拟34 §4.5 本章小结………………………………………………………………36 本 文 总 结 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 3 7 参 考 文 献 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 3 9 攻读硕士学位期间发表的论文……………………………………………………43 致谢…………………………………………………………………………………45 I I PAGE PAGE IV 光涡旋的产生及其传输演化特性研究 中文摘要 涡旋光是一类极其特殊的光束类型，其有着中心轴对称式的螺旋型相位结 构，光束旋转汇集于中心轴线处，在中心轴线处光强为零且相位不确定，存在奇 异点,组成涡旋光的每个光子有着确定的角动量取值。正是由于光涡旋具有的这 些特殊性，其在量子信息处理、原子操纵、微操纵、生物科学等诸多领域存在潜 在的应用价值，近年来得到了业界广泛的关注。本文主要介绍了光涡旋的发展史 及研究现状、涡旋光的产生方法、涡旋光的干涉衍射特性及应用，并通过两种特 殊阵列光阑对具有一定拓扑荷数的涡旋光束的传输演化特性进行了分析。本论文 的编写主要分为以下四个部分。 一、概述了光涡旋的产生历程及其间的一些主要理论与实验的研究成果，并 对光涡旋的发展前景做了展望。 二、汇总了当前国内外关于涡旋光束几种主要的产生方式，包括几何光学模 式变换法、螺旋相位板法、液晶空间光调制法等。对光涡旋的各种产生方法的优 缺点进行了对比，方便了今后探索高质量的涡旋光束的产生方法。对涡旋光束的 基本理论知识做了简单介绍. 三、本节分析了光学涡旋的干涉特性。着重介绍了涡旋光与平面波、球面波 的干涉叠加情况。尝试着对涡旋光几个重要参数的取值做出改变，利用 Matlab 数学计算模拟软件，得出干涉叠加后复合光束的复振幅与光强的分布特征，通过 对计算结果的分析研究，找到与涡旋光拓扑荷数取值相关的基本规律，有利于在 理论上为涡旋光拓扑荷数的确定找到简便的实验方法，也方便了对涡旋光衍射特 征的进一步探索研究。 四、此部分对涡旋光束衍射方面的特性做了分析与研究。将涡旋光透过各种 光阑,包括圆环形孔径光阑，菱形光阑，三角形孔径阵列光阑，正方形环形孔径 阵列光阑,并对衍射后的光强特性做了分析研究。利用 Matlab 软件进行了计算， 得到了各种不同拓扑荷数取值的涡旋光束经光阑的衍射图样，进而通过对图样的 分析研究总结出一系列规律性的结论。这些研究对于认识涡旋光束衍射特性具有 重要的作用，为今后进一步研究并应用涡旋光奠定了基础。 关键词：光学涡旋；轨道角动量；干涉；阵列光阑；衍射 分类号：0438 III III PAGE PAGE IV Research on the generation and characteristics of optic