激光光束的偏振特性及辐射力研究

摘要

涡旋光束为光学领域近来才兴起的一个研究热点，在激光光学、信息通信、微操纵、非线性光学、微粒波导、微生物学、生物医学、原子光学、遗传学和分子光学等领域都有广泛应用。
　　本文旨在探究部分相干反常涡旋光束的特性及应用。包括理论推导，建立部分相干反常涡旋光光束的传输模型，特性探究，以及辐射力模型建立，光学势阱可能与否的探究。本文的主要研究内容如下：
　　1．研究部分相干反常涡旋光束在自由空间的偏振特性。基于相干光束在自由空间中传输的广义惠更斯-菲涅尔公式，我们研究了部分相干反常涡旋光束的特性。研究部分相干反常涡旋光束在自由空间中传输时光束的强度分布、偏振度特性。通过控制拓扑电荷数、相干长度、光束阶数、源平面光强等参数变化来观测对光强分布、偏振度分布的影响。研究结果对调整控制部分相干反常涡旋光束的光强分布、以及偏振度分布提供了一定的指导作用。
　　2．研究部分相干反常涡旋光束经过ABCD光学矩阵后的偏振特性。基于相干与偏振的统一理论，采用矩阵方式研究部分相干反常涡旋光束在ABCD光学系统中传输时的特性。ABCD光学系统可以按需求转化为具体的各种光学系统，如最为常见的薄透镜光学系统。故此推导过程更具有普遍性和适用性，为后续研究部分相干反常涡旋光束在各个光学系统下的特性变化奠定了基础。在此基础上，我们探索了部分相干反常涡旋光束经过薄透镜光学系统后的偏振特性。通过控制拓扑电荷数、相干长度、光束阶数、源平面光强等参数变化来观测对光强分布、偏振度分布的影响。计算结果为调整控制部分相干反常涡旋光束的光强分布、以及偏振度分布提供了一定的指导作用，为部分相反反常涡旋光束在辐射力上的应用提供了指导。
　　3。研究聚焦的部分相干反常涡旋光束的辐射力特性。将通过薄透镜光学系统后的部分相干反常涡旋光束应用到激光束捕获粒子的研究中去，并且通过对横向纵向梯度力还有散射力的研究和对比，发现梯度力远远大于散射力，所以可以使用部分相干反常涡旋光束来构成三维势阱，作为光镊捕获瑞利粒子。我们可以用聚焦的部分相干反常涡旋光束在焦点处捕获那些折射率大于周围介质的微粒，并且还可以通过改变设置控制拓扑电荷数、相干长度、光束阶数等来达到更加细致的操控效果。

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第一章 绪 论

1.1激光的研究发展概况

1.2涡旋光束研究发展概况

1.3部分相干光束的研究发展概况

1.4光辐射力的研究发展概况

1.5研究动机

1.6各章节的主要内容和全文安排

第二章 基础理论介绍

2.1光束传输的基本理论

2.2相干与偏振的统一理论

2.3涡旋光束理论

2.4新型反常涡旋光束基本特性

2.5光镊的基础理论

2.6本章小结

第三章 部分相干反常涡旋光束在自由空间的偏振特性研究

3.1理论推导过程分析

3.2部分相干反常涡旋光束自由空间中传输模型推导

3.3仿真结果与结论

3.4本章小结

第四章 部分相干反常涡旋光束通过ABCD光学系统的研究

4.1理论推导过程分析

4.2部分相干反常涡旋光束经过ABCD光学系统的传输模型推导

4.3部分相干反常涡旋光束经过薄透镜光学系统后的特性研究

4.4仿真结果与结论

4.5本章小结

第五章 部分相干反常涡旋光束辐射力研究

5.1理论分析

5.2仿真结果与结论

5.3本章小结

第六章 结 论

6.1本文的主要内容

6.2下一步工作的展望

致谢

参考文献

进硕期间取得的研究成果