本文關(guān)鍵詞：光纖中渦旋光束的產(chǎn)生與調(diào)控研究　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 渦旋光 軌道角動(dòng)量 耦合模理論 光纖光柵 光纖耦合器

【摘要】：相位是光的重要特性之一,渦旋光束具有螺旋形波前結(jié)構(gòu)、光強(qiáng)呈環(huán)形分布、確定的軌道角動(dòng)量、存在著相位奇點(diǎn)等,其在光學(xué)信息傳輸、光學(xué)微操縱、顯微成像、激光微加工等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。目前光纖中渦旋光束的產(chǎn)生方式和傳輸特性的研究是渦旋光束很重要的研究方向之一,通常采用熱熔機(jī)械扭曲或應(yīng)力等加工手征光纖、光子晶體光纖等來產(chǎn)生渦旋光束,但這些方法只能制作長(zhǎng)周期螺旋光纖光柵,且它們的制作方法復(fù)雜、效率低下。本論文在前期工作的基礎(chǔ)上,提出采用紫外光單面曝光技術(shù),制得螺旋形光纖光柵的方案,此方案可以實(shí)現(xiàn)渦旋光束的產(chǎn)生以及它們軌道角動(dòng)量的調(diào)控。除此之外我們也提出了利用光纖模式耦合器產(chǎn)生渦旋光束的方法，并設(shè)計(jì)了一種新型的三芯結(jié)構(gòu)的光纖耦合器,系統(tǒng)分析了它的耦合特性。本輪文主要研究?jī)?nèi)容有下列幾點(diǎn)：1.基于螺旋光纖光柵,高階渦旋光束產(chǎn)生和調(diào)控的研究。利用單面刻寫光纖光柵的技術(shù),我們提出了刻寫螺旋光纖光柵的方案。系統(tǒng)分析了螺旋光纖光柵的耦合特性,并研究了利用螺旋光纖光柵產(chǎn)生高階渦旋光束,模擬了以下渦旋光束軌道角量子數(shù)的轉(zhuǎn)換：0→±1,±1→0，，0→±2,0→±3,其最大耦合效率達(dá)到97%。我們證明了通過增加光纖中的模式數(shù),螺旋光纖光柵可以產(chǎn)生更高階的渦旋光束。除此之外我們還研究了螺旋光纖光柵的耦合特性跟光纖的材料吸收因子、最大折射率調(diào)制深度和光纖光柵長(zhǎng)度的關(guān)系。2.在螺旋光纖光柵刻寫的基礎(chǔ)上,我們提出了正交錯(cuò)位刻寫光纖光柵的方案,這大大減小了螺旋光纖光柵刻寫的難度,此方法可以直接利用目前的掩模板刻寫技術(shù)。接著我們模擬了此正交錯(cuò)位刻寫的光纖光柵可以產(chǎn)生±1階的渦旋光束。并研究了此正交錯(cuò)位光纖光柵在非正交及錯(cuò)位有一定誤差的情況下產(chǎn)生渦旋光的情況,發(fā)現(xiàn)也能夠產(chǎn)生一定的渦旋光束。3.系統(tǒng)研究分析了目前常用的光纖耦合器的耦合特性,并設(shè)計(jì)了一種新型的三芯結(jié)構(gòu)的光纖融耦合器,利用此耦合器可以產(chǎn)生渦旋光束。并以0→±1和0→±3渦旋光束的產(chǎn)生為例,設(shè)計(jì)了兩種光纖耦合器,此耦合器除能夠產(chǎn)生渦旋光束外,光場(chǎng)的偏振形式也能夠得到控制。在理論分析的基礎(chǔ)上,實(shí)驗(yàn)上搭建了兩個(gè)雙芯耦合器并聯(lián)產(chǎn)生渦旋光的裝置,并取得了一定的結(jié)果,實(shí)驗(yàn)結(jié)果跟理論模擬一致。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：1.研究了單面刻寫光纖光柵過程中,光纖中模場(chǎng)的分布情況跟光纖刻寫方向間的關(guān)系,系統(tǒng)分析了光纖橫向折射率非對(duì)稱光纖光柵的耦合特性跟光纖材料吸收因子、最大折射率調(diào)制量以及光纖光柵飽和長(zhǎng)度間的關(guān)系。再次基礎(chǔ)上提出了一種螺旋刻寫光纖光柵的方案,并且模擬了利用螺旋光纖光柵能夠產(chǎn)生高階渦旋光束。2.在螺旋刻寫光纖光柵的基礎(chǔ)上,提出了正交錯(cuò)位刻寫光纖光柵的方案,并模擬了渦旋數(shù)是1和-1的渦旋光束的產(chǎn)生。在此基礎(chǔ)上分析了正交錯(cuò)位光纖光柵的耦合特性,并研究了正交錯(cuò)位光纖光柵在非正交及錯(cuò)位有一定偏差的情況下,也能夠產(chǎn)生一定的渦旋光束,表面此正交錯(cuò)位光纖光柵具有較強(qiáng)的適用性。3.研究了少模光纖耦合器的耦合特性,設(shè)計(jì)了一種新型的三芯結(jié)構(gòu)的光纖耦合器,利用此耦合器我們能夠產(chǎn)生高階渦旋光束,并分別模擬了0→±1和0→±3渦旋光束的產(chǎn)生,此耦合器能夠產(chǎn)生除了圓偏振特性的渦旋光束外,也能夠產(chǎn)生線偏振的渦旋光束,實(shí)現(xiàn)了自旋角動(dòng)量和軌道角動(dòng)量的同時(shí)輸出。
[Abstract]:The phase is one of the important characteristics of light, vortex beams with spiral wave front structure, intensity of circular distribution, determine the orbital angular momentum, there exist phase singularities, the optical information transmission, optical micromanipulation, micro imaging, has been widely used in the field of laser micro processing. The current research method and transmission characteristics the vortex beam in the optical fiber is one of the very important research direction of the vortex beam, usually by mechanical stress or distorted melt processing chiral optical fiber, photonic crystal fiber to generate vortex beam, but these methods can only be made of long period fiber grating spiral, and their complex production methods, based on the low efficiency. On the previous work, the single UV exposure technology, prepared spiral fiber grating scheme, this scheme can realize the vortex beam produced and their orbital angular momentum In addition to this regulation. We also propose a method for generating vortex beam by using optical fiber coupler mode, and designed a fiber coupler three core structure model, system analysis the coupling characteristics of it. The content of this paper mainly studies the following points: 1. based on the spiral fiber grating, high-order vortex beam generation and control. Using a single fiber Bragg grating inscription technology, we put forward the scheme of fiber grating writing spiral system. Analyze the coupling characteristics of spiral fiber grating, and studied using spiral fiber grating high-order vortex beam, simulated the transformation of vortex beam orbital angular quantum number: 0 to + 1. + 1 - 0,0 - 2,0 + to + 3, the maximum coupling efficiency reached 97%. we show that by increasing the number of modes in optical fiber, optical fiber grating spiral vortex beam can produce higher order. We also research in addition The spiral fiber grating coupling with fiber material absorption factor, the maximum refractive index modulation depth and length of fiber grating based on the relationship between.2. spiral fiber grating inscribed, we propose orthogonal dislocation fiber Bragg grating inscription scheme, which greatly reduces the difficulty of helical fiber grating writing, this method can be directly used at present the mask writing technology. Then we simulate the optical fiber grating. The orthogonal dislocation can produce + 1 order vortex beams. And makes a research on the orthogonal vortex dislocation fiber grating has a certain error in non orthogonal and dislocation of the situation, that can also produce of vortex beam.3. system analysis of certain the current commonly used optical fiber coupler coupling characteristics, and designed a fiber coupler into three core structure model, using this coupler can generate vortex Beam. And in 0, 0, + 1 and + 3 vortex beam as an example, the design of two kinds of fiber coupler, the coupler can the generation of vortex beam, the polarization form of light field can be controlled too. On the basis of theoretical analysis, experimental device was built two dual core and coupler and students vortex, and achieved certain results, the experimental results with theoretical simulation. The main innovations of this dissertation: 1. research on the single fiber Bragg grating inscription process, the relationship between the fiber mode field distribution and optical fiber curves between the direction of the optical fiber system, analysis of the transverse refractive index of asymmetric optical fiber grating the coupling characteristics of fiber materials with absorption factor, the maximum amount of fiber grating refractive index modulation and the saturation length between the relationship. Based on a spiral fiber Bragg grating inscription, and simulated by using the spiral fiber grating can Have a high order vortex beam based on spiral.2. fiber Bragg grating inscription, proposed orthogonal dislocation fiber Bragg grating inscription scheme, and the simulation of vortex vortex beam number is 1 and -1 is produced. Based on the analysis of coupling properties of orthogonal dislocation fiber grating, and studied the orthogonal grating has certain deviation dislocation in the case of non orthogonal and dislocation, also can produce a vortex beam, the coupling characteristics of the surface of the fiber grating with.3. orthogonal displacement applied on the few mode optical fiber coupler, optical fiber coupler design a three core structure model, using this coupler we can generate high order vortex beam, and simulate 0 to + 1 and 0 + 3, the vortex beam, this coupler can produce circular polarization characteristics except vortex beam, the vortex beam can generate linear polarization, realizes the self The simultaneous output of angular momentum and orbital angular momentum.

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN253

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 辛雨,余重秀,吳強(qiáng),忻向軍,胡樂輝,姚德啟;光纖光柵的幾種調(diào)諧方法[J];光通信研究;2002年05期

2 夏光瓊,吳正茂,陳建國(guó);考慮光纖光柵反射率分布的外腔半導(dǎo)體激光器的理論模型[J];中國(guó)激光;2002年04期

3 黃永清,宋繼恩,李建新,夏月輝,陳雪,任曉敏;利用均勻光纖光柵模擬長(zhǎng)距離光纖的理論和實(shí)驗(yàn)研究[J];光電子·激光;2003年03期

4 黃權(quán);秦子雄;曾慶科;周春新;羅玖田;王志高;;光纖光柵制作技術(shù)的最新進(jìn)展[J];光通信技術(shù);2006年06期

5 劉洋;王小兵;孫斌;張璽;程勇;王立軍;;光纖光柵制作技術(shù)研究[J];激光與紅外;2007年04期

6 肖永良;;光纖光柵的制作方法[J];科技信息(學(xué)術(shù)研究);2007年03期

7 張洪憲;;光纖光柵傳感器技術(shù)及其應(yīng)用[J];重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2007年03期

8 史雙瑾;邱琪;邱志成;廖云;熊彩東;;基于光纖光柵的實(shí)時(shí)延時(shí)技術(shù)[J];半導(dǎo)體光電;2009年05期

9 李燕;陳建軍;;啁啾型光纖光柵原理及制作技術(shù)[J];軟件導(dǎo)刊;2010年10期

10 ;香港理工大學(xué)研發(fā)光纖光柵監(jiān)測(cè)技術(shù)試用于全國(guó)高鐵[J];硅谷;2011年15期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 陳熙源;;光纖光柵在測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用[A];加入WTO和中國(guó)科技與可持續(xù)發(fā)展——挑戰(zhàn)與機(jī)遇、責(zé)任和對(duì)策（下冊(cè)）[C];2002年

2 史巍巍;胡婷婷;;光纖光柵探測(cè)超聲波的研究現(xiàn)狀淺析[A];2011年機(jī)械電子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

3 黃銳;蔡海文;方祖捷;陳高庭;;調(diào)節(jié)光纖光柵參數(shù)的一種新方法[A];全國(guó)第十次光纖通信暨第十一屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（OFCIO’2001）論文集[C];2001年

4 周文;陳抗生;章獻(xiàn)民;葉險(xiǎn)峰;;光纖光柵的研究與發(fā)展[A];面向21世紀(jì)的科技進(jìn)步與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展（下冊(cè)）[C];1999年

5 章獻(xiàn)民;陳抗生;;光纖光柵在微波毫米波光子學(xué)中的應(yīng)用[A];2001年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集[C];2001年

6 文慶珍;黃俊斌;趙培仲;;封裝聚合物對(duì)光纖光柵壓力傳感增敏的影響[A];2004年全國(guó)高分子材料科學(xué)與工程研討會(huì)論文集[C];2004年

7 劉全;吳建宏;陳剛;方玲玲;;用于制作光纖光柵相位掩模的衍射特性分析[A];全國(guó)第十二次光纖通信暨第十三屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

8 鄭偉;卓仲暢;蘇雪梅;于永森;張玉書;;利用取樣光纖光柵實(shí)現(xiàn)應(yīng)變和溫度同時(shí)測(cè)量[A];全國(guó)第十二次光纖通信暨第十三屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

9 孫偉民;趙磊;姜富強(qiáng);相艷榮;劉志海;;熒光光纖光柵的制作與測(cè)試研究[A];江蘇、山東、河南、江西、黑龍江五省光學(xué)（激光）聯(lián)合學(xué)術(shù)'05年會(huì)論文集[C];2005年

10 姜富強(qiáng);趙磊;孫偉民;朱玉華;李金娟;;載氫光纖光柵退火特性研究[A];江蘇、山東、河南、江西、黑龍江五省光學(xué)（激光）聯(lián)合學(xué)術(shù)'05年會(huì)論文集[C];2005年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前3條

1 楊鳳鳴;神奇的光纖光柵[N];中國(guó)電力報(bào);2004年

2 特約記者 金紅;三項(xiàng)地災(zāi)監(jiān)測(cè)儀獲國(guó)家專利[N];中國(guó)國(guó)土資源報(bào);2011年

3 盧慶儒;高速光纖傳輸應(yīng)用中元件技術(shù)趨勢(shì)(4)[N];電子資訊時(shí)報(bào);2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張業(yè)斌;基于光學(xué)加熱的新型光纖光柵折射率傳感器的研究[D];浙江大學(xué);2015年

2 姜暖;用于光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的光纖光柵陣列和新型光柵器件研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

3 張金濤;光纖光柵傳感器復(fù)用關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用[D];合肥工業(yè)大學(xué);2015年

4 張曉強(qiáng);光纖中渦旋光束的產(chǎn)生與調(diào)控研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

5 姚爽;光纖光柵激光器及其傳感應(yīng)用研究[D];大連理工大學(xué);2016年

6 陳哲敏;光纖光柵動(dòng)態(tài)應(yīng)力和折射率傳感研究[D];浙江大學(xué);2008年

7 孫偉民;基于熒光光纖光柵的應(yīng)變與溫度同時(shí)測(cè)試技術(shù)[D];哈爾濱工程大學(xué);2005年

8 王國(guó)東;啁啾光纖光柵的優(yōu)化設(shè)計(jì)與光纖光柵模擬軟件的開發(fā)[D];吉林大學(xué);2006年

9 姜莉;光纖光柵寫入及其應(yīng)用研究[D];南開大學(xué);2005年

10 楊亦飛;工程化光纖光柵傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究[D];南開大學(xué);2005年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉慧瑩;基于光纖光柵和MZ干涉儀的全光纖傳感器研究[D];天津理工大學(xué);2015年

2 藺際超;基于磁流體包覆復(fù)合光纖光柵的磁場(chǎng)傳感器研究[D];天津理工大學(xué);2015年

3 王靜怡;薄包層光纖光柵理論及色散特性研究[D];天津理工大學(xué);2015年

4 彭李;基于光纖光柵應(yīng)變樁的邊坡結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與穩(wěn)定性灰色模型研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

5 周豐洲;相位取樣型光纖光柵多信道幅頻與相頻濾波性能研究[D];西南交通大學(xué);2014年

6 孫高盼;基于光纖光柵的鋼軌溫度力監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[D];西南交通大學(xué);2015年

7 姜紅;光纖光柵測(cè)試技術(shù)在邊坡工程中的應(yīng)用[D];西南交通大學(xué);2015年

8 陳韓彬;基于CDMA技術(shù)的光纖光柵傳感系統(tǒng)研究[D];西南交通大學(xué);2015年

9 米秋實(shí);光纖光柵傳感技術(shù)在軌道狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的研究[D];西南交通大學(xué);2015年

10 王露;基于光纖光柵Sagnac環(huán)微波光子濾波器的研究[D];上海師范大學(xué);2015年

本文編號(hào)：1396479