检索结果-南通市图书馆

作者：郑翠玲山东师范大学

学位级别：硕士

涡旋光束具有螺旋结构波前并携带轨道角动量,在光通信、微粒操控、生物显微成像等众多领域有着重要应用。该光束的中心相位具有不确定性,通常被称为相位奇点,其可引发光束在该点光强值为零,光束光强呈现甜甜圈分布。随着相干性的降低,... 详细信息

涡旋光束具有螺旋结构波前并携带轨道角动量,在光通信、微粒操控、生物显微成像等众多领域有着重要应用。该光束的中心相位具有不确定性,通常被称为相位奇点,其可引发光束在该点光强值为零,光束光强呈现甜甜圈分布。随着相干性的降低,完全相干涡旋光束退化为部分相干涡旋光束,其中心光强会逐渐提高导致暗核消失,而传统的相位奇点则退化为相干奇点。后者在数学上定义为:部分相干光束特征函数—交叉谱密度函数/相干度函数的实部和虚部同时为零。对涡旋光束相位奇点/相干奇点的精确操控,在可自定义路径微粒操控、光通信、信息传输、拓扑光子学等领域有着重要应用。得益于空间光调制器的先进技术,研究者们已经能够精确设计并实现多相位奇点阵列分布的定制,但是大多数研究局限于二维平面,对于相位奇点在三维空的演化轨迹调控鲜有报道。贝塞尔-高斯涡旋光束,作为一种典型的涡旋光束,凭借其无衍射特性和自愈性,在光学微操纵、光学加工、显微成像等多个领域都展现出了巨大的能力。然而,在实际传输过程中,贝塞尔-高斯涡旋光束的相位奇点往往会随着相干性的降低和传输距离的增加而逐渐消失,使得相位奇点的识别和调控变得困难。在另外一方面,交叉相位作为典型的像散相位,已报道在拓扑荷检测、光束旋转、自聚焦、光束整形、鲁棒远场光学成像等领域具有重要应用。然而,过去基于交叉相位的调控研究大多局限于光强、偏振、相干结构等方面,而交叉相位在光束相位调控方面的研究尚未开展。针对上述科学问题,我们在本文中提出了一种新的方案:利用交叉相位来调控完全相干/部分相干贝塞尔-高斯涡旋光束相位奇点/相干奇点的分布,进一步实现对完全相干贝塞尔-高斯涡旋光束相位奇点三维空间演化轨迹的调控。首先,本文探讨了完全相干/部分相干贝塞尔-高斯涡旋光束相位传输的内在机制。研究表明:完全相干/部分相干贝塞尔-高斯涡旋光束的高阶相位奇点/相干奇点不稳定,在交叉相位的影响下,会分裂成多个独立的基阶相位奇点/相干奇点。值得注意的是:由于拓扑荷是一个不变量,因此这些分散的基阶相位奇点/相干奇点的数量与涡旋光束的拓扑荷相等。此外,本文还进一步研究了完全相干贝塞尔-高斯光束相位奇点在三维空间中的演化过程,并发现通过调控交叉相位可以实现对相位奇点演化轨迹的精确调控。这一调控方案不仅限于相位奇点的偏移量,还包括对其旋转角度的精细调整。这一新视角为我们理解贝塞尔-高斯涡旋光束的传播特性提供了独特的见解,并为我们灵活调控相位奇点提供了强有力的技术。本研究不仅为定制化设计3D涡流线、构建复杂的光学拓扑结构提供了重要的指导,同时也为拓扑电荷测量、信息编码和传输等领域的应用提供了广阔的前景。

关键词：贝塞尔-高斯涡旋光束交叉相位相位奇点相干奇点

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大气湍流中贝塞尔-高斯涡旋光束传播性能分析

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激光技术 2017年第3期41卷 451-455页

作者：牛化恒韩一平西安电子科技大学通信工程学院西安710071 西安电子科技大学物理与光电工程学院西安710071

为了研究涡旋光束在湍流大气中的传输特性,根据广义的惠更斯-菲涅耳原理,采用基于快速傅里叶变换的功率谱反演法,对贝塞尔-高斯光束在大气湍流中的传输过程进行了理论分析和数值仿真;采用次谐波补偿法产生随机相位屏来模拟大气湍流,解... 详细信息

为了研究涡旋光束在湍流大气中的传输特性,根据广义的惠更斯-菲涅耳原理,采用基于快速傅里叶变换的功率谱反演法,对贝塞尔-高斯光束在大气湍流中的传输过程进行了理论分析和数值仿真;采用次谐波补偿法产生随机相位屏来模拟大气湍流,解决了大气湍流模拟时存在低频成分不足的问题。结果表明,除了湍流强度外,传输距离、拓扑荷数、激光波长等也成为影响贝塞尔-高斯涡旋光束质量的主要因素;湍流越强,光束的环形光强越弱,相位畸变越严重,光强起伏越明显,且逐渐退化为普通高斯光束;随着传输距离的增加,涡旋光束扩散现象明显,最终退化为普通高斯光束;波长越长,则涡旋光束抑制湍流能力越强,环形光强越强,相位畸变程度会得到逐步改善;拓扑荷数越小,涡旋光束会最先退化为普通高斯光束,相位畸变程度越弱。该结果对于研究涡旋光束在自由空间光通信中的传输是有帮助的。

关键词：光通信自由空间大气湍流随机相位屏贝塞尔-高斯涡旋光束

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