无衍射光束在介质中的传输与散射特性研究

论文摘要

无衍射光束以其独特的无衍射性、自愈合性引起了许多科研工作者的极大兴趣,已被应用于精密光学检测、光学加速、光学微操作和光学囚禁等多个场合,深入了解无衍射光束在不同介质中的传输与散射特性是操控光束的前提与基础。首先,研究了贝塞尔光束在梯度折射率透镜中在轴和离轴传输。利用ABCD矩阵法和柯林衍射积分公式,给出了贝塞尔光束以积分形式,推导了在轴、偏心以及倾斜贝塞尔光束通过近轴光学系统的解析表达式;模拟了零阶和二阶贝塞尔光束的主瓣大小和传输轨迹,证明了梯度折射率介质对贝塞尔光束有聚焦性,并且偏心贝塞尔光束和倾斜贝塞尔光束的主瓣传输轨迹与相应的几何射线完全相同。最后,用傅里叶光束传输方法研究了光束切趾的影响,结果表明只有部分贝塞尔光束进入透镜并聚焦,在焦点处旁瓣消失,研究结果有助于深入认识梯度折射率透镜对贝塞尔光束的整形。其次,研究了贝塞尔高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性。数值计算了零阶、二阶以及叠加情况下的传输轨迹、强度和相位分布;详细讨论了束腰半径对梯度折射率介质中光束传输特性的影响。结果表明,光束在梯度折射率介质中呈周期性传输并聚焦于z/L=N/2(N=0,1,2...)处。研究了叠加贝塞尔高斯光束涡旋结构的演化过程,证明了叠加光束形成新的奇点,旋转点主要发生在这些奇点附近。然后,研究了贝塞尔高斯光束在手性介质中的传输特性。模拟了不同束腰半径,手性参数对贝塞尔高斯光束传输的影响,并研究了叠加光束在不同传输距离出的横向强度和相位分布。结果表明,贝塞尔高斯光束在手性介质中分成了左旋圆偏振光和右旋圆偏振光,两种光束的传输轨迹是不一样的,并且可以通过调节手性参数的大小来控制光束的传输轨迹。研究结果对于了解贝塞尔高斯光束与手性介质相互作用机理具有重要的指导意义。最后,基于米氏理论和平面波谱法,研究了一维艾里光束对手征介质球的散射角分布进行了数值研究。模拟了手征介质球的半径大小,手性参数以及主瓣宽度对散射强度的影响。结果表明,随着手征参数的增大,散射截面分布的曲线振荡越来越明显,可以通过曲线的极值大小和位置来判断手征介质球的半径大小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与现状
•   1.2 本论文的内容及安排
• 第二章 贝塞尔光束在梯度折射率介质中的传输特性
•   2.1 理论分析
•     2.1.1 衍射积分与ABCD矩阵
•     2.1.2 贝塞尔光束在梯度折射率介质中的传输
•   2.2 数值模拟分析
•   2.3 小结
• 第三章 贝塞尔高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性
•   3.1 理论分析
•   3.2 数值模拟分析
•   3.3 小结
• 第四章 贝塞尔高斯光束在手性介质中的传输特性
•   4.1 理论分析
•   4.2 数值模拟分析
•   4.3 小结
• 第五章 一维艾里光束对手征介质球的散射特性
•   5.1 理论分析
•     5.1.1 光的散射
•     5.1.2 手征介质球散射场展开
•     5.1.3 艾里光束的描述
•   5.2 数值模拟分析
•   5.3 小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 研究工作总结
•   6.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 许钐杉

导师: 裴世鑫,曹兆楼

关键词: 光传输,贝塞尔高斯光束,艾里光束,梯度折射率介质,手性介质,散射

来源: 南京信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 南京信息工程大学

分类号: O436.2

DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000110

总页数: 65

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