渦旋光束光場性質(zhì)的衍射方法研究.pdf

1、渦旋光束具有exp(ilφ)形式的相位分布并具有拓撲荷數(shù)l,每個光子的軌道角動量為l?。因此研究渦旋光場的分布演化特性并準確測定渦旋光束的拓撲荷數(shù)l,對尋找產(chǎn)生渦旋光束的更多方法,進而將其應(yīng)用于光學(xué)微操縱、原子光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、非線性光學(xué)、光學(xué)信息傳輸?shù)阮I(lǐng)域具有重要的價值。
　　本文利用衍射方法,使用不同的衍射光闌,對不同拓撲荷數(shù)的渦旋光束進行衍射,對衍射光強分布特征及規(guī)律進行了分析。
　　在了解渦旋光束的基本原理、光強分布、

2、相位分布的特點的基礎(chǔ)上,歸納了模式轉(zhuǎn)換法、全息圖法、螺旋相位板法及空間光調(diào)制器法等產(chǎn)生光學(xué)渦旋的幾種常見的產(chǎn)生方法。分析了各種方法的原理、光路結(jié)構(gòu)、各自的優(yōu)缺點及應(yīng)用情況。給出了理想渦旋光束、平面渦旋光束和環(huán)形渦旋光束等典型的渦旋光束的光場復(fù)振幅表達式。
　　研究了不同拓撲荷數(shù)的渦旋光束經(jīng)正方形光闌、正弦型振幅光闌、圓孔光闌和圓環(huán)光闌等不同形狀光闌的夫瑯和費衍射的光場分布,分析對比了衍射光強分布的異同。研究表明,利用平頂渦旋光束經(jīng)

3、過正方形孔光闌和正弦型振幅光闌的衍射,可以根據(jù)衍射圖樣確定渦旋光束的拓撲荷數(shù)。其方法是通過對不同拓撲荷數(shù)的渦旋光束經(jīng)不同空間頻率的正方形振幅光柵后的衍射光強分布進行計算,得到清晰的夫瑯和費衍射亮斑分布圖樣,然后計數(shù)衍射圖樣外圍亮斑的個數(shù)就可以確定該入射渦旋光束的拓撲荷數(shù)。對渦旋光束在圓孔光闌和圓環(huán)光闌條件下的衍射也進行了計算,比較了兩者在不同拓撲荷數(shù)情況下衍射光強分布的異同,并在圓環(huán)衍射下對比了整數(shù)階和非整數(shù)階渦旋光束的衍射圖樣。通過衍

4、射光強分布觀察到:雖然隨著拓撲荷數(shù)的增加衍射光強分布范圍變大,但是衍射級數(shù)相同的圓環(huán)光闌衍射圖比圓孔的衍射圖更加清晰,圓環(huán)的衍射級數(shù)也明顯比圓孔衍射級數(shù)多。
　　最后對幾種多孔復(fù)雜光闌的衍射效應(yīng)進行了計算。計算了正方形矩陣光闌和呈圓環(huán)分布的多圓孔光闌對拉蓋爾-高斯光束的夫瑯和費衍射光強分布。比較了不同光闌對拉蓋爾-高斯光束的夫瑯和費衍射光強分布特征,找出了它們之間的異同。計算表明,衍射光強分布對拓撲荷數(shù)和衍射光闌依賴明顯,實驗中可