本文關鍵詞：微納結構中Talbot效應和超聚焦效應研究

  更多相關文章： 二維離散Talbot效應 非線性Talbot效應 超聚焦 超振子透鏡 螺旋光柵 矢量光束

【摘要】：Talbot效應亦被稱為自成像或者無透鏡成像,是指當光入射到周期性物體上時在物體后方的的菲涅耳衍射區(qū)域內會周期性地出現(xiàn)自身圖像重現(xiàn)的現(xiàn)象。我們研究了在二維離散波導陣列系統(tǒng)中Talbot效應產生的條件以及成像的特性。與在連續(xù)空間系統(tǒng)不同,在離散系統(tǒng)中光場被束縛在波導內部,相鄰波導之間通過隱失波發(fā)生耦合。在一維離散系統(tǒng)中,通常只需要研究最近鄰波導之間的耦合。而在二維離散系統(tǒng)中,大多數(shù)情況下僅考慮最近鄰波導之間的耦合是不夠的,這也產生了很多新奇的Talbot自成像特性。另外,我們在實驗中還詳細研究了周期極化非線性光學晶體中的二次諧波Talbot效應。這種效應反映的是晶體內非線性系數(shù)的周期性分布而非折射率的分布,與傳統(tǒng)Talbot效應相比擁有許多獨特的性質。同時,我們還在分數(shù)二次諧波Talbot自成像面中發(fā)現(xiàn)了超聚焦的現(xiàn)象,其原理是光場相消干涉效應和超振子效應的雙重作用。在此基礎上,我們系統(tǒng)地研究了用于實現(xiàn)超聚焦和超分辨成像的超振子透鏡的設計理念思路和方法。最后我們還討論了螺旋光柵對光束的聚焦特性。本論文主要涉及以下四個方面的內容：1.二維離散系統(tǒng)的Talbot效應。在二維離散波導陣列系統(tǒng)的研究中,我們不僅考慮了最近鄰波導之間的耦合,還同時考慮了次近鄰之間的耦合。通過理論分析發(fā)現(xiàn),要實現(xiàn)Talbot效應,二維系統(tǒng)中兩個基矢方向上的周期選取都不能是任意的：周期大小只能是{1,2,3,4,6}中的之一；并且一個方向上的周期若為4,則另外一個方向上的周期還不能為3或者6。為了實現(xiàn)嚴格的Talbot效應,次近鄰耦合系數(shù)與最近鄰耦合系數(shù)的比值也必須要為一個有理數(shù)。我們具體分析了六角結構和四方結構的波導陣列,研究了輸入周期、次近鄰耦合、陣列結構等對二維離散Talbot效應的影響。2.分數(shù)非線性Talbot效應。我們使用周期極化的PPLT晶體實現(xiàn)了非線性Talbot效應。在非線性過程中光波波長減半,非線性自成像的分辨率提高了一倍。我們從理論(倒格矢理論和標量角譜理論)和實驗兩個方面系統(tǒng)研究了非線性Talbot效應。對于六角結構的樣品在1/3分數(shù)Talbot面,我們觀察到了周期變?yōu)樵瓉淼??)/3倍和基矢方向旋轉30度這一經典分數(shù)Talbot現(xiàn)象。在實驗中,我們還觀測到某些面會出現(xiàn)突破衍射極限的超聚集點,其原理是干涉衍射造成的光場剪裁以及倍頻相位匹配帶寬限制引入的超振子效應。3.超振子透鏡的設計,用于實現(xiàn)突破衍射極限的超聚焦光斑。我們從矢量角譜理論出發(fā),系統(tǒng)地分析了標量光和矢量光通過超振子透鏡的傳播方程。我們選取了圓偏振標量光束和徑向偏振的矢量光束作為入射光來設計超振子透鏡結構。對比中我們發(fā)現(xiàn),徑向矢量光束更容易把高強度的旁瓣推離中心位置,并且可以得到更小的超聚焦點。不僅如此,使用徑向矢量光束還可以設計出擁有更長工作距離的超振子透鏡。另外,我們還發(fā)現(xiàn)相位型結構的超振子透鏡在超聚焦點光強上具有明顯優(yōu)勢。4.螺旋光柵對光的聚焦特性。我們主要基于矢量光場的理論以數(shù)值模擬的手段,分析了不同類型的螺旋光柵的聚焦效果以及不同類型的偏振光束經過相同螺旋光柵的聚焦差異。我們發(fā)現(xiàn)左旋圓偏振光和右旋圓偏振光通過相同的振幅螺旋光柵后,在成像面中心會產生渦旋光束,并且其縱向電場分量的拓撲荷相差為2。徑向矢量光束和角向矢量光束通過相同的振幅螺旋光柵后,聚焦光斑的場分量之間呈明顯的對稱性。
【關鍵詞】：二維離散Talbot效應 非線性Talbot效應 超聚焦 超振子透鏡 螺旋光柵 矢量光束
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O436.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-31
• 1.1 Talbot效應11-18
• 1.1.1 什么是Talbot效應11-14
• 1.1.2 Talbot效應的特性與應用14-18
• 1.2 超聚焦效應18-23
• 1.2.1 超分辨成像18-19
• 1.2.2 超聚焦效應19-23
• 1.3 Talbot效應中的超聚焦現(xiàn)象23-26
• 參考文獻26-31
• 第二章 二維離散Talbot效應31-52
• 2.1 離散Talbot效應簡介31-33
• 2.2 二維離散Talbot效應理論33-41
• 2.3 數(shù)值模擬和理論分析41-49
• 2.3.1 六角結構的波導陣列41-45
• 2.3.2 四方結構的波導陣列45-47
• 2.3.3 其他結構的波導陣列47-49
• 2.4 小結49-51
• 參考文獻51-52
• 第三章 分數(shù)非線性Talbot自成像中的超聚焦效應52-71
• 3.1 非線性Talbot效應簡介52-53
• 3.2 分數(shù)二次諧波Talbot自成像53-63
• 3.2.1 實驗裝置與樣品結構53-54
• 3.2.2 理論分析與實驗結果54-63
• 3.3 Talbot中的超聚焦63-68
• 3.3.1 周期極化晶體中的超聚焦現(xiàn)象63-67
• 3.3.2 周期極化晶體中的超聚焦原理67-68
• 3.4 小結68-69
• 參考文獻69-71
• 第四章 超振子透鏡中的超聚焦效應71-87
• 4.1 超振子透鏡簡介71-72
• 4.2 理論分析72-76
• 4.3 超振子透鏡的結構設計76-85
• 4.3.1 設計思路76-81
• 4.3.2 圓偏振光與徑向偏振光超振子透鏡的對比81-84
• 4.3.3 振幅和相位型超振子透鏡的對比84-85
• 4.4 小結85-86
• 參考文獻86-87
• 第五章 螺旋光柵對光的聚焦效應87-101
• 5.1 螺旋光柵簡介87-89
• 5.2 不同類型的螺旋光柵的聚焦89-91
• 5.3 不同類型的偏振光束的聚焦91-97
• 5.4 小結97-99
• 參考文獻99-101
• 第六章 總結101-103
• 博士期間發(fā)表論文103-104
• 致謝104-105

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前10條

1 ;Texture Image Segmentation Using Talbot Effect　[J];Chinese Journal of Lasers;1995年03期

2 陳然，郭永康;Talbot效應研究新進展[J];激光與光電子學進展;1996年08期

3 ;Light Intensity Distribution in Laser Interference Crystallization by Using a Phase-shift Grating and Talbot Effect[J];Chinese Journal of Lasers;1999年02期

4 樓智美;用科紐卷線解釋Talbot效應[J];甘肅科學學報;2000年04期

5 樓智美;Talbot效應的新解釋法[J];青海師范大學學報(自然科學版);2001年01期

6 王克俊,李強,郭渭榮,左鐵釧;二極管激光陣列在Talbot外腔鎖相中的超模分析[J];激光雜志;2005年03期

7 趙鵬飛;李強;郭渭榮;劉波;左鐵釧;;In-phase output beam from broad-area diode array using Talbot cavity[J];Chinese Optics Letters;2007年05期

8 馮婕;周仁魁;趙建科;袁湘蘭;陳永權;張周峰;;對Talbot自成像和幾何成像關系的分析[J];光子學報;2008年11期

9 譚峭峰;張琰;金國藩;;High-efficiency spatial color separation method based on fractional Talbot effect[J];Chinese Optics Letters;2009年11期

10 ZHONG-Mei Huang;WEN-Bo Hu;WEI-Qi Huang;;Reflection Talbot Effect and Application[J];貴州科學;2013年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據庫 前10條

1 L.Deng;E.W.Hagley;J.Denschlag;J.E.Simsarian;Mark Edwards;C.W.Clark;K.Helmerson;S.L.Rolston;W.D.Phillips;;Temporal,Matter-Wave-Dispersion Talbot Effect[A];Laser Cooling: Bose-Einstein Condensation and Atom Laser--Proceedings of CCAST (World Laboratory) Workshop[C];1999年

2 宋新兵;王海波;熊俊;汪凱戈;張向東;羅開紅;吳令安;;量子Talbot自成像效應的實驗觀察[A];第十五屆全國量子光學學術報告會報告摘要集[C];2012年

3 王偉宇;曹亮;傅振堂;李曄;;Talbot效應在人眼波前像差測量上的應用[A];第六屆全國信息獲取與處理學術會議論文集（2）[C];2008年

4 云宇;解平;彭勇;陳興無;徐熙平;;基于Talbot效應檢測光束準直性方法的研究[A];高精度幾何量光電測量與校準技術研討會論文集[C];2008年

5 張成義;陶純堪;;基于Talbot效應的莫爾技術在亞波長成像中的應用[A];中國光學學會2006年學術大會論文摘要集[C];2006年

6 高志山;吳新民;趙洋;周松鉆;;用TALBOT效應測量長焦距系統(tǒng)的優(yōu)化及誤差分析[A];第九屆全國光學測試學術討論會論文（摘要集）[C];2001年

7 羅開紅;陳希浩;劉騫;吳令安;;非相干光的非定域Talbot效應[A];第十四屆全國量子光學學術報告會報告摘要集[C];2010年

8 朱咸昌;;基于光柵Talbot效應的微透鏡陣列焦距測量精度分析[A];第十三屆全國光學測試學術討論會論文（摘要集）[C];2010年

9 孫琛;沈亦兵;白劍;侯西云;楊國光;;Ronchi光柵Talbot效應長焦距測量的精度極限研究[A];大珩先生九十華誕文集暨中國光學學會2004年學術大會論文集[C];2004年

10 蔡偉建;劉西琳;;莫爾條紋技術測量相位物體時其Talbot像面光場分布的確定[A];第七屆全國信息獲取與處理學術會議論文集[C];2009年

中國博士學位論文全文數(shù)據庫 前4條

1 陳振華;微納結構中Talbot效應和超聚焦效應研究[D];南京大學;2015年

2 劉冬梅;非線性Talbot效應及其在超聚焦中的應用[D];南京大學;2013年

3 吳玲玲;基于Talbot-Moiré技術的長焦透鏡焦距測量方法的研究[D];中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所);2010年

4 侯昌倫;基于Talbot效應的長焦距測量系統(tǒng)的研究[D];浙江大學;2005年

中國碩士學位論文全文數(shù)據庫 前8條

1 朱林偉;Talbot效應的倒格矢理論及其應用研究[D];山東師范大學;2008年

2 陳穎;基于Talbot效應的激光準直系統(tǒng)調校方法的研究[D];華中科技大學;2005年

3 李秋穎;基于光學超晶格電光效應的Talbot效應研究[D];上海交通大學;2014年

4 陳振華;二次諧波Talbot效應及雙光柵Talbot成像的研究[D];南京大學;2012年

5 隋磊;基于Talbot效應的莫爾條紋自動計數(shù)研究[D];浙江大學;2007年

6 庾韜穎;基于雙Talbot腔的18芯光子晶體光纖相干組束選模研究[D];天津大學;2014年

7 金曉榮;基于Talbot效應的高精度長焦距檢測系統(tǒng)的校準方法[D];浙江大學;2013年

8 孫琛;基于Ronchi光柵Talbot效應的大口徑長焦距透鏡焦距數(shù)字檢測儀[D];浙江大學;2005年

，

本文編號：935343