高阶矢量光场的调控与聚焦研究

论文摘要

复杂空间结构的高阶矢量光场是当前光场调控领域的重要研究内容。本论文研究的复杂空间结构光场包括高阶Ince-Gaussian（IG）矢量光场和复合的高阶环带矢量光场,主要研究了高阶IG矢量光场的产生,以及复合的高阶环带矢量光场的聚焦。IG光场作为一类基于椭圆坐标系的本征激光场,比Laguerre-Gaussian（LG）和Hermite–Gaussian（HG）两类本征光场具有更丰富的空间自由度,是构建复杂空间结构矢量光场的更基本的光场。本论文中,在分析各种矢量光场与IG模式标量光场的生成方法基础上,研究了两种生成IG矢量光场的方法。一种是通过沃拉斯顿棱镜和空间光调制器实现并联分离调控偶模和奇模光场来获得IG矢量光场;另一种是利用全矢量光场生成系统,通过串联分立调控四种自由度（振幅、相位、偏振态、相位延迟）来获得IG矢量光场。系统地研究了不同阶数下正交偏振IG模式叠加或四种自由度叠加生成不同空间结构的IG矢量光场,对获取的矢量光场进行了分析,并与理论模拟偏振态分布结果进行了对比,验证了并联以及串联产生IG矢量模式的可行性。高阶多环带的径向和角向偏振光,是聚焦后分别产生长焦深光针场和衍射受限光管场的基本光场。将两种入射光场分区域（分扇区）进行复合,可以构建复合的高阶多环带矢量光场。我们研究了不同分区结构下的复合矢量光场在高数值孔径下的聚焦,分析归纳了这种复合聚焦光场的光强与偏振态分布,研究结果对如何获得长焦深的复杂矢量结构聚焦光场有参考价值。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•     1.1.1 矢量光场的基本信息
•     1.1.2 矢量光场的特点
•     1.1.3 表征方法
•       1.1.3.1 二维扩展琼斯矩阵
•       1.1.3.2 斯托克斯参量法
•       1.1.3.3 高阶庞加莱球
•   1.2 矢量光场研究进展
•   1.3 本文的主要研究工作
• 第二章 矢量光场与Ince-Gaussian光场的生成基础
•   2.1 数字微镜器件与空间光调制器
•     2.1.1 数字微镜器件
•     2.1.2 空间光调制器
•   2.2 矢量光场的产生
•     2.2.1 并联式
•     2.2.2 串联式
•   2.3 Ince-Gaussian模式的产生
•     2.3.1 主动式（腔内）
•     2.3.2 被动式（腔外）
•   2.4 矢量光场的应用
•     2.4.1 通信
•       2.4.1.1 光纤中矢量涡旋模的传播
•       2.4.1.2 大气紊流中矢量涡旋模的传播
•     2.4.2 存储与检索——量子存储器
•   2.5 本章小结
• 第三章 IG模式矢量光场的并联产生
•   3.1 Ince-Gaussian模式调控理论
•   3.2 IG矢量光场产生实验
•     3.2.1 实验原理和装置
•     3.2.2 实验测试与分析
• 4,4,1^e与IG°_4,2,3叠加'>      3.2.2.1 正交奇偶模IG_4,4,1^e与IG°_4,2,3叠加
• 5,5,0^e与IG°_5,3,5叠加'>      3.2.2.2 正交奇偶模IG_5,5,0^e与IG°_5,3,5叠加
• 6,4,5^e与IG°_6,2,0叠加'>      3.2.2.3 正交奇偶模IG_6,4,5^e与IG°_6,2,0叠加
•   3.3 实验结果分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 IG模式矢量光场的串联产生
•   4.1 IG矢量光场串联产生实验
•     4.1.1 实验原理与装置
•     4.1.2 实验测试与分析
• 4,4,1^e与IG°_4,2,3叠加的IG矢量模式加载'>      4.1.2.1 正交奇偶模IG_4,4,1^e与IG°_4,2,3叠加的IG矢量模式加载
• 5,5,0^e与IG°_5,3,5叠加的IG矢量模式加载'>      4.1.2.2 正交奇偶模IG_5,5,0^e与IG°_5,3,5叠加的IG矢量模式加载
• 6,4,5^e与IG°_6,2,0叠加的IG矢量模式加载'>      4.1.2.3 正交奇偶模IG_6,4,5^e与IG°_6,2,0叠加的IG矢量模式加载
•   4.2 实验结果分析
•   4.3 本章小结
• 第五章 复合矢量光场的聚焦研究
•   5.1 矢量光场的聚焦
•     5.1.1 径向偏振光聚焦
•     5.1.2 角向偏振光聚焦
•   5.2 复合高阶多环带矢量光场的聚焦
•     5.2.1 区域（扇区）等分复合矢量光场聚焦
•     5.2.2 区域（扇区）不等分复合矢量光场聚焦
•       5.2.2.1 “1+3”复合矢量光场聚焦
•       5.2.2.2 “3+1”复合矢量光场聚焦
•   5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘佳晴

导师: 王吉明

关键词: 矢量光场,模式,空间光调制器,偏振态分布,聚焦

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 南京航空航天大学

分类号: O43

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.001162

总页数: 64

文件大小: 4775K

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