光学涡旋共线叠加得到的复合涡旋的理论研究

摘要

随着人们对光认识的深入,特别激光产生以后,对涡旋光束才逐渐有了较为清晰的认识,当光波的相位存在无法定义的奇点且奇点处光强为零时,光波相位围绕该奇点沿垂直于传播方向呈螺旋型分布,将会形成光学涡旋,光学涡旋已是现代光学的一个很重要的分支.近年来,光学涡旋的应用也是非常广泛,已在光通信、光电子学、遥感、原子俘获和量子信息处理等方面展现出诱人的应用前景.本文主要介绍了涡旋光束的发展背景及研究现状,详细地描述了涡旋光束的原理、特性,研究了几种涡旋光场的干涉情况及产生不同涡旋光束的方法.论文研究的主要内容包括下面四部分.
　　一、分析光学涡旋的研究现状,以及现阶段光学涡旋的应用情况,说明了本论文的研究内容及目的.
　　二、分析光学涡旋的基本原理.首先对涡旋光束的形成机制进行了分析,给出了理想光学涡旋、平面涡旋光束、环形光学涡旋、拉盖尔高斯光束和高阶贝塞尔光束等几种常见的涡旋光束的形成原理和特点,并着重说明拉盖尔高斯光束和高阶贝塞尔光束的产生方法;最后分析了光学涡旋的轨道角动量,并说明其传输特性。
　　三、分析了几种不同的涡旋光束叠加情况,如平面波与涡旋光束的干涉、球面波与涡旋光束的干涉、环形与平面光学涡旋的共线叠加、两束平面光学涡旋叠加、环形涡旋光场的干涉,通过改变拓扑核、束腰半径、背景光场的振幅等分析了其复合涡旋光场的复振幅情况及光强分布情况.通过改变叠加涡旋的光强比、相位差、涡旋中心的位置等产生各种复合涡旋光束.
　　四、研究了涡旋光束的散斑图样.研究表明,对全偏振的完全散射的散斑图样的强度服从负指数概率密度分布,它在强度为零时有最大值,在光场中的一个点上出现精确为零的强度是一个可能发生也确实发生的事件.本章就零强度出现要求的条件及在强度零点附近散斑相位的性质、散斑中的涡旋密度进行了讨论.

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第一章 绪论

§1.1 光学涡旋的发展背景

§1.2光学涡旋的研究现状

§1.3本文的研究意义和主要内容

第二章 光学涡旋的理论分析

§2.1光学涡旋的原理描述

§2.2涡旋光束的传播

§2.3常见的涡旋光束

§2.4光学涡旋的轨道角动量

第三章 涡旋光束的干涉

§3.1平面波与涡旋光束的干涉

§3.2球面波与涡旋光束的干涉

§3.3环形与平面光学涡旋的共线叠加

§3.4两束平面光学涡旋的叠加

§3.5环形涡旋光场的干涉

第四章 涡旋光束的散斑图样

§4.1 零强度出现要求的条件

§4.2散斑相位在强度零点附近的性质

§4.3完全散射的散斑中的涡旋密度

第五章 全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的文章

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