随机电磁光束的大数值孔径聚焦和传输

论文摘要

光束的聚焦和传输是一个相当重要的研究课题。大数值孔径聚焦可以获得亚波长尺度的光斑,在微加工、数据存储等应用可以产生更好的效果。另一方面,部分相干光束和涡旋光束具有种种优点,研究其产生及性质对激光核聚变、通信和微操作等应用有重大意义。在本学位论文中,我们对不同偏振态的光束的大数值孔径聚焦性质以及部分相干涡旋光束的实验进行了详细的研究,主要工作内容包括:1.根据Debye矢量衍射积分理论,研究了完全相干部分偏振光束的大数值孔径聚焦理论,详细分析了相关参数对聚焦场的光强分布的影响。在此基础上,进一步研究了部分相干部分偏振涡旋光束的大数值孔径聚焦理论,系统地分析了入射光偏振度和聚焦透镜的数值孔径角对焦点附近光强和相干度分布的影响。研究发现改变入射光束的偏振度大小来获得不同离心率的椭圆形聚焦光斑,增大透镜的数值孔径可以减小聚焦光斑大小。2.从Debye矢量衍射理论出发,研究了椭圆偏振涡旋超短光脉冲的大数值孔径聚焦特性。分析了椭圆偏振涡旋超短光脉冲经过大数值孔径透镜聚焦后的光强分布,相位分布、群速变化、角动量等特性。研究发现椭圆偏振涡旋飞秒光脉冲通过大数值孔径透镜聚焦后,光脉冲距离焦点越近,脉冲的群速越慢,距离焦点越远,脉冲的群速越快。拓扑电荷数越高,脉冲的群速也就越慢。脉冲在焦点处的总角动量会随着透镜的数值孔径和脉冲宽度的增加而增加。3.通过实验方法产生相干度和拓扑电荷数可调的部分相干涡旋光束。分析了部分相干涡旋光束的光强分布特点,以及部分相干涡旋光束与平面波或球面波干涉时干涉场的分布特点。通过调整毛玻璃的位置可以改变光束的相干度,通过更换不同的螺旋相位板可以获得不同拓扑电荷数的涡旋光束。随着相干度和拓扑荷数的变化,其光强分布会出现相应的变化。通过马赫曾德干涉仪的方法,可以方便简单地测量部分相干涡旋光束的拓扑电荷数。

论文目录

• 论文摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.0 研究背景
• 1.2 研究动机与目标
• 1.3 本论文主要内容及各章节安排
• 第二章 基础理论
• 2.0. Debye 标量近似理论
• 2.1. 切趾函数
• 2.2. Debye 矢量理论
• 2.3. 产生涡旋光束的方法
• 2.4 螺旋相位板
• 第三章 部分偏振光束的大数值孔径聚焦
• 3.1. 完全相干部分偏振光束的大数值孔径聚焦
• 3.1.0. 理论分析
• 3.1.2 数值计算及分析
• 3.1.3. 结论
• 3.2. 部分相干部分偏振涡旋光束的大数值孔径聚焦
• 3.2.1. 理论分析
• 3.2.2 数值计算及分析
• 3.2.3. 结论
• 第四章 椭圆偏振涡旋超短光脉冲的大数值孔径聚焦
• 4.1. 理论分析
• 4.2 结果和讨论
• 4.3 结论
• 第五章 部分相干涡旋光束的实验研究
• 5.1. 理论基础
• 5.2 数值结果
• 5.3 小结
• 第六章 本文的主要结论及创新点
• 6.1. 本文的主要结论
• 6.2. 主要创新点
• 参考文献:
• 作者攻读硕士期间发表论文及科研成果
• 致谢