具有增强型聚焦特性光场的产生及其性质研究

作     者：彭自牧 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陶少华

授予年度：2023年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

主      题：皮尔斯光束 修正型皮尔斯光束 长焦深 焦距可调 长焦深涡旋光束 

摘      要：皮尔斯光束(the Pearcey beam)是一种具有独特聚焦性质的新型光束,光束在传输过程中会产生平移和翻转,不需要任何外部条件就可自行将光束能量集中,形成具有自聚焦特性的光场。对皮尔斯光束这种自聚焦特性的研究和改良有助于将其应用于显微成像、光学操控、激光打孔等领域。本文对具有自聚焦特性的皮尔斯光束进行了研究,对皮尔斯光束的光场分布做出了模拟,还原了光束在传输过程中的自聚焦现象。通过分析模拟结果发现传统皮尔斯光束的自聚焦效果不强,焦点不稳定。因此,本文以增强皮尔斯光束的聚焦特性、拓展其在光学领域的应用为目的,对皮尔斯函数做出了修正,提出并产生了一种具有增强型聚焦特性光场的新型光束—修正型皮尔斯光束(the Modified Pearcey beam)。本文参考蝴蝶突变光场对皮尔斯函数的积分变量做出了调整,并改变了皮尔斯函数的积分方式,从而推导出了修正型皮尔斯光束的表达式,利用其表达式对修正型皮尔斯光束的传播进行了模拟,分析其增强后的聚焦特性。模拟结果表明,相比于传统皮尔斯光束,修正型皮尔斯光束的聚焦效果大大增强,形成了稳定的圆形焦点,且能在一段距离内保持聚焦效果基本不变,体现其长焦深特性。本文还通过对修正型皮尔斯光束表达式参数的灵活调整,进一步强化了其聚焦特性。为了拓展光束在光学捕获和微粒操控上的应用,本文还在修正型皮尔斯光束的基础上叠加了涡旋相位,提出并产生了一种长焦深涡旋光束,既保留了修正光束的长焦深特性,又能体现涡旋特性,进一步拓展了光束在微粒捕获和光学操控相关领域的应用。最后,本文搭建了光强测量的实验光路,对修正型皮尔斯光束以及长焦深涡旋光束的光强进行了精准测量,实验结果与模拟结果基本符合,验证了本文所提出新型光束的聚焦特性。图32幅,表0个,参考文献83篇