光学涡旋场的生成及其角动量特性研究-光学专业论文.docxVIP

U尔帅范人学碗卜学位论文光学涡旋场的生成及其角动量特。陛研究 U尔帅范人学碗卜学位论文 光学涡旋场的生成及其角动量特。陛研究 摘 要 光学涡旋(Optical Vortices)是近年来受到重视并被广泛研究的一种重要光场。 光学涡旋具有特殊的波前结构和确定的光予轨道角动量，现在已经在光学微操纵、 原子光学、生物医学、非线性光学、光学信息传输等领域得到了重要而广泛的应用。 本论文重点对光学涡旋的轨道角动量特性及其应用进行了较详细研究，实验研究了 应用液晶空间光调制器产生光学涡旋的方法。 全文共分为五章： 第一章：概述了光学涡旋的发展历史及其应用，并说明了本论文所要研究的主要问 题及研究结果。 第二章：论述了光学涡旋的基本理论。从数学上明确光学涡旋的定义和描述，在近 轴和离轴两种情况下理论推导光学涡旋的角动量，证明了光学涡旋具有确 定的轨道角动量：然后介绍了测量光学涡旋轨道角动量的实验；对光学涡 旋轨道和自旋角动量在不同环境下向物体的传递作了系统介绍，并分析厂 光学涡旋的力学效应；最后对光学涡旋在自由空间和非线性介质中的传播 作了介绍。这些研究为深入了解光学涡旋奠定了理论基础。 第三章：归纳总结了产生光学涡旋的常用方法，包括：几何光学模式变换法，分别 利用螺旋波面计算全息图、螺旋相位波片、可编程空间光调制器的产生方 法，以及通过特殊设计的激光器直接输出光学涡旋的方法。这些研究为后 面设计产生高质量光学涡旋的实验奠定了基础。 第四章：分析常用干涉型计算全息图产生光学涡旋的光场分布特性，提出采用环带 结构的计算全息图消除次级衍射环噪声的方法。以再现光学涡旋主环的相 对强度取最大为判据，确定了最佳环带半径与全息图大小和再现光学涡旋 的拓扑荷之间的定量关系，给出了具有最佳环带结构的计算全息图的设计 实例，通过实验结果证明这种方法的可行性，所获得的光学涡旋其外围次 山东帅范人’孚坝f学位论卫级噪卢得到了很好的抑制。扫此基础卜提出波计具有最佳耶带结构的多 山东帅范人’孚坝f学位论卫 级噪卢得到了很好的抑制。扫此基础卜提出波计具有最佳耶带结构的多 坏带if算牟=息图的方法和具体步骤。此外，还讨论了在高斯光束照叫情况 下能量利用率问题，发现一个具有最大能量利用率的最佳岛斯光束半径的 公式。 第血章：采用基于空间光调制器(SLM)的相息图，’。’7{二光学涡旋，理论和实验聆证 了最佳环带的方法对于相息图仍然适用。分析产生的光学涡旋在环上出现 周期性强度调制的原因，计算机模拟和实验分析说明这是由于SLM的相位 调制偏离2x引起的。计算分析SLM的相位调制范围对产生光学涡旋调制 深度的影响，在此基础上，提出一种产生强度调制光学涡旋的方法。 关键词：光学涡旋、螺旋相位波前、角动量、空间光调制器、波面变换 分类号：0438 山东!Jllj旭大学坝f。学位论文Angular 山东!Jllj旭大学坝f。学位论文 Angular momentum properties and generation of optical vortices Abstract Optical vortices intriguing objects that attract much attention and display fascinating properties for well-defined orbital angular momentum and helical phase wavefront．The unique nature of vortex fields is expected to lead to applications in many that include optical micromanipulation，atomic optics，biomedicine，nonlinear optics，or the optical transmission of information．The objective of this thesis is to explore the angular momentum properties of optical vortices and their possible applications，and propose to high effmient and flexible creation of different optical vortices with spatial light modulators in experiment． The whole paper is divided into five chapters． Chapter 1：The history and the main developme