螺旋贝塞尔光束的研究

论文摘要

该学位论文主要根据近轴传输理论,通过数值分析研究了具有不同偏振特性的螺旋贝塞尔光束的产生和在自由空间中的传输特性;及径向偏振螺旋贝塞尔光束在部分相干的情况下其在自由空间中的传输特性,主要研究内容包括:1.将螺旋贝塞尔光束与角向偏振特性相结合,研究了角向偏振螺旋贝塞尔光束的传输特性。理论上基于Collins公式,导出角向偏振螺旋贝塞尔光束的在自由空间中的传输公式。利用MATLAB对其截面光强分布进行模拟计算,并计算出光束能够稳定传输的区域。结果表明:角向偏振螺旋贝塞尔光束在一定传输区域内进行传输时,是以空心光束的形式绕光轴做离轴螺旋传输,并且光束的发散角为零,另外在传输过程中一直保持着角向偏振特性。这两点验证该光束的离轴螺旋传输特性和无衍射特性。除了研究角向偏振螺旋贝塞尔光束的传输特性之外。还讨论了光束的暗核位置对偏振特性的影响,发现该光束的偏振态会随着暗核位置的移动而发生整体偏移。2.研究了径向偏振螺旋贝塞尔光束在自由空间中的传输特性,及其自重建特性。理论上利用广义惠更斯-菲涅尔衍射理论,得到了在自由空间中传输时,径向偏振螺旋贝塞尔光束的光场表达式,代入MATLAB中对其光强分布,偏振态变化和通过扇形障碍物后的光强分布进行了模拟计算。通过理论分析和数值计算发现:径向偏振螺旋贝塞尔光束在自由空间传输时,在一定传输区域内,光束以空心光束的形态绕光轴做离轴螺旋传输,光束的发散角为零并一直保持着径向偏振的特性,这一点与角向偏振螺旋贝塞尔光束相类似;在径向偏振螺旋贝塞尔光束通过扇形障碍物后,该光束依然保持离轴螺旋传输特性,随着传输距离的增加,原本在遮挡区域消失的能量,会被逐渐衍射至障碍物遮挡区域的相反位置,而原本遮挡区域的光斑恢复,验证了光束的自重建特性。3.首次将螺旋贝塞尔光束与径向偏振特性和部分相干特性相结合,基于交叉谱密度以及相干偏振统一理论,导出径向偏振部分相干螺旋贝塞尔光束的光场表达式,研究了该光束的传输特性。通过理论分析和数值计算可知,径向偏振部分相干螺旋贝塞尔光束在自由空间中传输时,在一定传输距离内,光束是以螺旋路径进行传输的。在传输过程中,光束由螺旋空心光束逐渐演变为螺旋高斯光束,相干长度越大,这一过程所需的传输距离也越远。该光束的偏振角和偏振度的分布与螺旋半径和传输距离有关,同时,相干长度还会影响偏振度的分布,光束的偏振度分布会随着暗核的移动而发生整体的偏移。然而,相干长度,传输距离和螺旋半径并不会影响光束的椭圆偏振率的分布。本学位论文的研究成果对冷原子引导,光学微操作等方面具有指导意义,并且扩展了无衍射贝塞尔光束的研究。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 引言
•   1.1 研究背景与现状
•   1.2 论文研究方法及内容安排
• 第2章 理论基础
•   2.1 螺旋贝塞尔光束的理论基础
•   2.2 矢量偏振光束的理论基础
•   2.3 部分相干光束理论
•     2.3.1 光束的空间相干性
•     2.3.2 高斯-谢尔模型
•   2.4 部分相干光束的传输理论
•     2.4.1 近轴传输理论
•     2.4.2 柯林斯公式
• 第3章 角向偏振螺旋贝塞尔光束的传输特性
•   3.1 理论分析
•   3.2 光束的稳定性
•   3.3 光强分布
•   3.4 传输中的偏振态
•     3.4.1 暗核位于x轴
•     3.4.2 暗核位于y轴
•     3.4.3 暗核位于其他位置
•   3.5 本章小结
• 第4章 径向偏振螺旋贝塞尔光束的传输特性及其自重建
•   4.1 理论分析
•   4.2 光强分布
•   4.3 传输中的偏振态
•   4.4 光束的自重建特性
•   4.5 本章小结
• 第5章 径向偏振部分相干螺旋贝塞尔光束
•   5.1 理论分析
•   5.2 光强及其演化
•   5.3 偏振特性
•     5.3.1 偏振度的演化
•     5.3.2 偏振角的变化
•     5.3.3 偏振椭圆率角的变化
•   5.4 本章小结
• 第6章 结论及主要创新点
•   6.1 本文主要结论
•   6.2 论文主要创新点
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
•   1 个人简历
•   2 在学期间发表的学术论文
•   3 参加的研究项目
•   4 获奖情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 胡汉青

导师: 吴逢铁

关键词: 螺旋贝塞尔光束,角向偏振光束,径向偏振光束,衍射积分,部分相干光

来源: 华侨大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 华侨大学

分类号: O436

总页数: 61

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