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物理学报 2017年第12期66卷 131-138页

作者：杜闯贾大功张红霞刘铁根张以谟天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息科学与技术教育部重点实验室天津300072

环形光束的锥形衍射效应对于微粒的操控具有重要的应用价值.本文建立了环状高斯光束的锥形衍射模型,并基于Berry理论给出了线偏振态下环形光束锥形衍射出射光场的计算公式.理论仿真了环状光锥形衍射出射光场的偏振特性,得出环光锥形衍... 详细信息

环形光束的锥形衍射效应对于微粒的操控具有重要的应用价值.本文建立了环状高斯光束的锥形衍射模型,并基于Berry理论给出了线偏振态下环形光束锥形衍射出射光场的计算公式.理论仿真了环状光锥形衍射出射光场的偏振特性,得出环光锥形衍射出射光场的内、外亮环具有相互正交的偏振分布特性.搭建了线偏振态下环状高斯光锥形衍射的实验系统,实验验证了出射光场的偏振特性.针对环形光束锥形衍射出射光场具备的偏振特性,设计了一种组合偏振片,理论和实验研究了该组合偏振片对环光锥形衍射出射光场的调控.结果表明,随着组合偏振片方位角的变化,锥形衍射出射光场的内、外环强度发生周期性的变化.

关键词：双轴晶体锥形衍射环状高斯光束组合偏振片

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嵌入式光栅多层结构锥形衍射的严格耦合波理论研究

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红外与激光工程 2014年第6期43卷 1899-1904页

作者：杨亮李艳秋马旭盛乃援北京理工大学光电学院北京100081

基于严格耦合波分析理论,将嵌入式光栅多层结构平面衍射的理论模型扩展至锥形衍射的情况,可以模拟具有任意波长、偏振态、方位角和入射角的平面波入射该多层结构后形成的衍射。在此基础上,研究了微机械声光传感器锥形衍射中+1级光衍射... 详细信息

基于严格耦合波分析理论,将嵌入式光栅多层结构平面衍射的理论模型扩展至锥形衍射的情况,可以模拟具有任意波长、偏振态、方位角和入射角的平面波入射该多层结构后形成的衍射。在此基础上,研究了微机械声光传感器锥形衍射中+1级光衍射效率的收敛性。仿真表明:TM(Transverse Magnetic)偏振光入射且光栅周期为4μm时,当谐波数M(2n+1)分别为67、69、71时,+1级光衍射效率分别为28.86%、28.84%、28.86%,收敛性较好。另外,优化了微机械声光传感器的位移灵敏度,当入射角为22°、方位角为10°、光栅周期为1μm时,与周期为4μm的+1级衍射光相比,TE、TM偏振光入射时0、+1级衍射光的位移灵敏度均提高一倍,可以准确地监测该传感器中声压或驱动电压引起的金属膜的位移。

关键词：严格耦合波法亚波长光栅多层结构锥形衍射

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双光束入射下掺杂KNSBN晶体的各向异性锥形衍射

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光学学报 1996年第9期16卷 1259-1263页

作者：姜永远周忠祥李焱孙秀冬孙万钧许克彬万秋玉哈尔滨工业大学应用物理系哈尔滨理工大学物理系

利用掺杂ＫＮＳＢＮ晶体，报道了两束异常偏振光所引起的各向异性锥形衍射现象。首次观察到一种由三个衍射光锥所组成的各向异性衍射图样，并且提出了由入射光和满足相位匹配条件的前向散射光所参与的光折变四波混频机制。对双光束对称... 详细信息

利用掺杂ＫＮＳＢＮ晶体，报道了两束异常偏振光所引起的各向异性锥形衍射现象。首次观察到一种由三个衍射光锥所组成的各向异性衍射图样，并且提出了由入射光和满足相位匹配条件的前向散射光所参与的光折变四波混频机制。对双光束对称入射这种特殊实验配置情形，给出了衍射光锥的锥角随入射角的变化关系式，理论分析和实验结果符合得很好。

关键词：掺杂 KNSNB 晶体各向异性锥形衍射光折变

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可调谐笼目晶格中的锥形衍射

可调谐笼目晶格中的锥形衍射

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作者：杨景财太原理工大学

学位级别：硕士

光在光子晶体中产生形似“漏斗状”的锥形光,锥形光的圆环半径随着传播距离不断增大,但是环的厚度不发生改变,这种现象称之为光子晶体中的锥形衍射。光子晶体的锥形衍射在光学捕获、与自由空间光通信等方面有很大的应用潜力,因此锥形衍... 详细信息

光在光子晶体中产生形似“漏斗状”的锥形光,锥形光的圆环半径随着传播距离不断增大,但是环的厚度不发生改变,这种现象称之为光子晶体中的锥形衍射。光子晶体的锥形衍射在光学捕获、与自由空间光通信等方面有很大的应用潜力,因此锥形衍射成为近几年的研究热点。光子晶体中锥形衍射现象存在的根本原因在于光子晶体的能带中存在着狄拉克锥。当狄拉克锥态被激发时,就会出现锥形衍射现象。根据狄拉克锥的费米面几何形状的不同,可以把狄拉克锥分为三种类型:类型I,类型II,以及类型III。激发不同类型的狄拉克锥会产生不同的锥形衍射现象。当类型I的狄拉克锥被激发时,在不考虑非线性的情况下,通常产生具有对称结构的圆锥形光;类型II以及类型III的狄拉克锥被激发时将产生非对称的圆锥形光。为大家所熟知的是,Kagome晶格是一个三角形的布拉伐晶格,它的三点基底构成了一个阴影三角形,这种结构与自然界中“焦绿泥石”的结构相对应。由于Kagome晶格独特的性质,它是一种被用来理论研究的典型晶格,特别是将它作为一种原型系统来对几何受挫磁性进行研究。此外,Kagome晶格也可以理解为三角形中心位于晶格格点的蜂巢晶格。与所有狄拉克材料一样,在它的能带中也存在狄拉克锥,而且Kagome晶格中的锥形衍射到目前为止还没有被研究过。因此,Kagome晶格也是研究锥形衍射效应的理想材料。本文主要的研究内容包括以下两个方面:(1)研究Kagome晶格的能带结构获得狄拉克锥态,然后激发狄拉克锥态产生锥形衍射,最后讨论可饱和吸收和克尔非线性效应对锥形衍射的影响。研究结果表明:在线性条件下可以实现完美的锥形衍射,当引入非线性效应时,随着非线性效应的增加,完美圆锥衍射逐渐演变为三角形结构直至消失,但是对于无论何种类型的非线性效应来说,锥形衍射图样的扩散方向仅由自聚焦效应或自散聚焦效应所决定。(2)基于圆环光束构建光学晶格,调节圆环光束的半径实现从蜂巢晶格到Kagome晶格的连续可调谐,分析晶格的能带结构提取狄拉克锥态,进而产生不同的锥形衍射现象。本论文的主要章节包括以下5部分:1.首先介绍了光子晶体中锥形折射、锥形衍射的基本原理,其次着重介绍国内外近些年光子晶体中锥形衍射的研究动态。2.简要介绍计算光子晶体能带的方法,比如:紧束缚方法、平面波展开法、时域有限差分法以及传输矩阵法;介绍了分步傅里叶算法以及光子晶格中可能存在的各种非线性效应。3.数值模拟了Kagome晶格中的锥形衍射现象,并讨论了非线性效应对产生锥形衍射的影响。4.基于圆环光束构建光子晶体,改变圆环半径实现光子晶格的可调谐,数值模拟了不同光子晶格下的锥形衍射现象。5.总结与展望。

关键词：锥形衍射光子晶体 Kagome晶格蜂巢晶格可调的晶格结构

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反常涡旋光束锥形衍射特性研究

反常涡旋光束锥形衍射特性研究

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作者：王谦三峡大学

学位级别：硕士

双轴晶体锥形衍射现象十九世纪便被人们发现,但随着激光技术的蓬勃发展,合成晶体先进技术等的出现,人们对双轴晶体的锥形衍射现象又激发了新的兴趣,并进行了大量研究,极大的拓展了锥形衍射潜在的应用领域。本文的主要内容包括三个部分... 详细信息

双轴晶体锥形衍射现象十九世纪便被人们发现,但随着激光技术的蓬勃发展,合成晶体先进技术等的出现,人们对双轴晶体的锥形衍射现象又激发了新的兴趣,并进行了大量研究,极大的拓展了锥形衍射潜在的应用领域。本文的主要内容包括三个部分。首先,分析了反常涡旋光束通过非手性晶体锥形衍射光场特性。基于锥形折射衍射理论,给出了反常涡旋光束通过双轴晶体后出射光场的数学表达式。通过数值模拟,分析了锥形折射的环半径和光束束腰半径的比值、光束阶数、拓扑荷数和传播距离等参数对传输特性的影响。结果表明:当锥形折射的环半径远大于光束束腰半径时,在焦像面处,反常涡旋光束的锥形折射光场与高斯光束的双环结构不同,其光场是多环结构;随着拓扑荷数的增加,在焦像面处的亮环数也会增加;而当增加光场传输距离时,光场强度分布从多环结构转换类似成双环结构,内外环两部分会发生不同的演变。其次,探讨了不同偏振状态的反常涡旋光束从锥形衍射到双折射的演变。分析了传播距离,入射光束传播方向相对于光轴倾斜程度对圆偏振、线偏振和椭圆偏振反常涡旋光束传输特征的影响;探讨了合成椭圆偏振光的两垂直线偏振光的相位差变化时,椭圆偏振态的反常涡旋光束的锥形衍射特征。结果表明:从锥形衍射到双折射的演变过程中,相对于圆偏振高斯光束,圆偏振反常涡旋光束的光场强度分布变化对倾斜因子更敏感;此外椭圆偏振光束通过双轴晶体时,光场强度分布因为合成椭圆偏振光的两垂直线偏振光之间的相位差不同而变化,在光学捕获中可能具有潜在的应用价值。最后,研究了反常涡旋光束通过手性晶体的锥形衍射特性。讨论了手性特征参数、锥形衍射环半径和束腰半径的比值对锥形衍射的影响。反常涡旋光束锥形衍射的有关研究,将丰富锥形衍射的研究内容,并可为相关的实验研究提供理论指导。

关键词：锥形衍射双轴晶体反常涡旋光束偏振手性

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基于KTP晶体的锥形衍射理论和实验的研究

基于KTP晶体的锥形衍射理论和实验的研究

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作者：聂鹏程天津大学

学位级别：硕士

双轴晶体的锥形衍射效应是一种在空间中形成空心光锥奇异的光学现象。为了将锥形衍射的特性应用于光纤旋转连接器,加深锥形衍射的理解并推动锥形衍射应用的发展,本文对锥形衍射理论和实验进行了研究。本文提出了双轴晶体后表面为曲面时... 详细信息

双轴晶体的锥形衍射效应是一种在空间中形成空心光锥奇异的光学现象。为了将锥形衍射的特性应用于光纤旋转连接器,加深锥形衍射的理解并推动锥形衍射应用的发展,本文对锥形衍射理论和实验进行了研究。本文提出了双轴晶体后表面为曲面时的锥形衍射公式,并且计算了晶体前表面与光轴不垂直时,发生锥形衍射的入射角,该研究降低了对晶体表面形状和加工偏差的要求,为锥形衍射光路中器件的集成奠定了基础;本文基于锥形衍射的角谱理论,给出了包含有ABCD光学系统的锥形衍射公式,解决了ABCD光学系统后方锥形衍射光强的计算问题,拓宽了锥形衍射的应用范围;为了研究难以用解析式表达入射光的锥形衍射并提高模拟计算速度,本文提出了基于快速傅里叶变换的锥形衍射计算方法,并给出了满足取样条件下的物平面取样宽度,为复杂入射光锥形衍射的研究及快速计算该条件下的锥形衍射奠定了基础。本文主要工作:1研究了入射光和晶体光轴间夹角参数u与锥形衍射图案间的关系,提出基于锥形衍射的角度测量的方案。给出了晶体后表面为曲面时的锥形衍射公式,对晶体后表面为球面的情况进行了实验验证。计算了晶体前表面与光轴不垂直时产生锥形衍射的入射角。2讨论了包含成像透镜的锥形衍射公式,实验研究了成像透镜后方锥形衍射图案的变化。并将上述公式中的成像透镜拓展到以ABCD矩阵描述的光学系统,实验研究了通过透镜组后方的锥形衍射,验证了公式的可靠性。3提出了基于快速傅里叶变换的锥形衍射计算方法,给出了锥形衍射传递函数取样条件,分析了空域的离散与频域的截断对计算结果的影响。模拟了通过不同尺寸正方形光阑入射光的锥形衍射,发现了锥形衍射圆环半径与光阑半径比ρ衍射后的入射光的锥形衍射,验证了基于快速傅里叶变换的锥形衍射计算方法的可行性。

关键词：锥形衍射锥形折射双轴晶体快速傅里叶变换 ABCD矩阵

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