Airy光束实验实现及圆形Airy光束突然自聚焦性质研究

摘要

Airy光束因具有自加速，无衍射，自修复的特性，引起广泛兴趣，它在众多领域存在应用前景，比如光学的微操控，真空电子加速，表面等离子体极化等。圆形Airy光束具有突然自聚焦的属性，在光镊应用领域是一种理想的光源，可用于改善光镊俘获粒子梯度力，以及从不同的位置俘获微粒等。在过去几年里，从理论预言到实验观察，从线性的控制到非线性的陷俘，从基础领域到潜在的应用研究，关于Airy光束已经进行了大量的研究工作。
　　本文首先在第一章介绍了Airy光束的研究背景与意义，与应用前景，第二章主要介绍Airy光束的基础理论及性质，分析了性质产生的原因，第三章阐述了径向对称的自聚焦光束的理论，第四章重点研究了Airy光束的实验实现方案，并实验得到二维Airy光束，验证二维Airy光束的无衍射，自加速，自修复的性质，第五章，主要进行圆形Airy光束突然自聚焦性质提升的理论研究，提出运用环形光阑的办法研究光瓣缺失的圆形Airy光束，运用Matlab计算模拟分析光瓣缺失的圆形Airy光束的自聚焦性质，并研究了衰减因子和初始半径对光瓣缺失的圆形Airy光束自聚焦性质的影响。最后，总结展望，提出实验验证第五章的结论。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 Airy光的研究现状和应用

1．3 论文的主要内容

第二章 Airy光束基本理论

2．1 一维无限能量的Airy光束

2．2 一维有限能量的Airy光束

2．3 二维有限能量的Airy光束

2．4 Airy光束的性质

2．4．1 Airy光束无衍射性质

2．4．2 Airy光束自加速性质

2．4．3 Airy光束自修复性质

第三章 径向对称的自聚焦光束理论

3．1 二维径向对称的自聚焦光束

3．2 三维径向对称的自聚焦光束

第四章 基于液晶相位空间光调制器的Airy光束实验实现

4．1 实验产生Airy光束的理论基础

4．1．1 光学ah-y变换原理

4．1．2 实验原理的理论推导

4．1．3 高斯光束Airy变换

4．2 液晶相位空间光调制器

4．2．1 液晶相位空间光调制器分类

4．2．2 液晶相位空间光调制器工作原理

4．2．3 相位调制原理

4．2．4 液晶空间光调制器使用可能存在的问题

4．3 实验产生Airy光束

4．3．1 实验产生Airy光束光路及装置

4．3．2 立方相位全息片matlab生成

4．3．3 实验产生二维Airy光束及性质验证

第五章 圆形Airy光束的突然自聚焦性质研究

5．1 圆形Airy光束基本理论及性质

5．1．1 圆形Airy光束傍轴传输理论

5．1．2 圆形Airy光束基本性质

5．2 光瓣缺失的圆形自聚焦光束

5．2．1 环形光阑的数学表达

5．2．2 主瓣缺失的圆形Airy光束

5．2．3 第一副瓣缺失的圆形Airy光束

5．2．4 主瓣与第一副瓣同时缺失的圆形Airy光束

5．2．5 综合分析

5．3 衰减因子对光瓣缺失的圆形Airy光突然自聚焦性质影响

5．4 初始半径对光瓣缺失的圆形Airy光突然自聚焦性质影响

第六章 总结与展望

参考文献