渦旋光束是一種具有螺旋型相位波前結構和確定軌道角動量的特殊光束,近些年來,在微粒操控、光子計算、生物醫(yī)學、光空間通信等領域被廣泛的研究應用。高階貝塞爾-高斯光束是渦旋光束的一種,不僅具有渦旋光束的特殊性質,而且其在一定距離內還是一種無衍射光束,這使得其在微觀粒子操控等領域的應用具有特殊的優(yōu)勢。本文對渦旋光束的傳輸特性進行了一定的仿真研究。首先,對渦旋光束的長距離傳輸進行了仿真,利用SeeLight仿真平臺對由激光器入射螺旋相位板產(chǎn)生的渦旋光束與激光器產(chǎn)生的高斯光束的長距離傳輸進行了對比,傳輸情況分為真空和湍流大氣兩種。其次,對由高斯光束經(jīng)螺旋相位板-軸棱錐系統(tǒng)產(chǎn)生的高階貝塞爾-高斯光束進行了研究分析,根據(jù)菲涅爾衍射理論對高階貝塞爾-高斯光束的產(chǎn)生進行了理論推導,通過仿真實驗給出了高階貝塞爾-高斯光束的拓撲荷數(shù)測量方法;著重對無衍射距離Zmax內的高階貝塞爾-高斯光束進行了傳輸分析,分析內容主要包括不同距離處、不同拓撲荷數(shù)、不同軸棱錐錐角情況下光束的傳輸情況,這對高階貝塞爾-高斯光束的產(chǎn)生和應用具有一定的指導意義;之后對高階貝塞爾-高斯光束在傳輸一定距離處觀察面上的能量分布進行了量化分析。最后,對離軸高階貝塞爾-高斯光束的傳輸特性進行了分析,激光器發(fā)出的高斯光束很難與螺旋相位板及軸棱錐兩個光學器件中心對準是產(chǎn)生離軸渦旋光束的原因,文中分別分析了傳輸距離、拓撲荷數(shù)、離軸參量對離軸高階貝塞爾-高斯光束的影響,由于實驗中光束和光學器件非對準情況不可避免,因此對離軸渦旋光束的研究具有重要的現(xiàn)實意義。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：O436
【部分圖文】：

旋光束是具有螺旋相位因子ｅｘｐ（／／０的一類特殊光束，在柱坐標系的渦旋光束的光場表達式可以寫為［３８］：逡逑Ｅ［ｐ，０，ｚ）邋＝邋Ｅｏ（＾ｐ，０，ｚ）邋ｅｘｐ邐ｅｘｐ邋｛ｉＷ＾中，描述光束振幅分布情況，Ａ邋＝邋＃為波數(shù)，Ａ為光束Ａ逡逑角，／為渦旋光束拓撲荷數(shù)。逡逑束的相位因子ｅｘｐ0７０決定了禍旋光場的性質，該光束沿ｚ軸方向布情況可以表示為：逡逑ｉ＾（ｐ，邋６，ｚ）邋＝邋１６邋＋邋ｋｚ旋光束的螺旋相位波前正是由式（２－９）決定的。逡逑撲荷數(shù)／影響渦旋光束的波前相位分布情況，不同的拓撲荷數(shù)的相２－２－１所示。逡逑＂ｉｇｙ－＇ｆ邋ｉ邋＇邋■．邐？逡逑

螺旋相位板平面端面入射，光束中心與螺旋相位板中心對齊，出射的光束會被附逡逑加一個螺旋相位因子ｅｘｐ（／／０，從而光束變?yōu)闇u旋光束。在光束的中心處，出現(xiàn)逡逑相位奇點，各光場干涉相消，光強為零。ＳＰＰ示意圖如下圖２－３－１所示。逡逑ｎｉ逡逑圖２－３－１螺旋相位板不意圖逡逑相位板相對于方位角為０處的總厚度七為？．逡逑ｄｅ＝ｄ０＋Ｅ邐（２－１０）逡逑２ｎ逡逑式中名為螺旋相位板的基礎厚度，４代表旋轉臺階的最大高度值。逡逑８逡逑

（ａ）邋／＝１邐（ｂ）邋／＝－１逡逑圖２－２－２不同拓撲荷的渦旋光束相位螺旋方向示意圖逡逑２．３螺旋相位板法產(chǎn)生渦旋光束理論逡逑螺旋相位板（Ｓｐｉｒａｌ邋Ｐｈａｓｅ邋Ｐｌａｔｅ，簡稱ＳＰＰ），它是一塊具有固定折射率的透逡逑明板，其一面是平面結構，相對面具有螺旋形狀結構，類似于旋轉臺階。螺旋相逡逑位板其厚度隨著方位角的變化而變化，理想情況下厚度應是平滑變化的。光束從逡逑螺旋相位板平面端面入射，光束中心與螺旋相位板中心對齊，出射的光束會被附逡逑加一個螺旋相位因子ｅｘｐ（／／０，從而光束變?yōu)闇u旋光束。在光束的中心處，出現(xiàn)逡逑相位奇點，各光場干涉相消，光強為零。ＳＰＰ示意圖如下圖２－３－１所示。逡逑ｎｉ逡逑圖２－３－１螺旋相位板不意圖逡逑相位板相對于方位角為０處的總厚度七為？．逡逑ｄｅ＝ｄ０＋Ｅ邐（２－１０）逡逑２ｎ逡逑式中名為螺旋相位板的基礎厚度，４代表旋轉臺階的最大高度值。逡逑８逡逑

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