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摘要随着光学的发展，奇点光学作为光学的一个新分支，引起了越来越多研究人员的兴趣 。 奇点光学中最典型的例子就是涡旋光束 ， 本次研究主要分为三个方面 ，第一方面，对涡旋光束在自由空间条件下的传输特性进行研究，对涡旋光束有个更加完善更加严格的认识；第二方面，通过改变涡旋光束的拓扑荷数、小孔的孔径大小、观察屏位置，对涡旋光束的小孔衍射特性的进行研究，定性分析拓扑荷数的不同对涡旋光束小孔衍射的影响，进一步说明了涡旋光束的特性。对涡旋光束的拓扑荷数检测具有重大意义。第三方面，对圆偏振光的深聚焦特性进行理论分析。60387
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毕业论文关键词：涡旋光束 衍射 传输特性 圆偏振光 深聚焦
Title Title Title Title C omplex omplex omplex omplex b b b b eams eams eams eams and and and and their their their their transformation transformation transformation transformation properties properties properties propertiesAbstract Abstract Abstract AbstractWith the development of optics, singular optics as a new branch of optics,attracted more and more researchers' interest. the vortex beam is the mosttypical example of Singular optics , this study is pided into three aspects,thefirst aspect , we study the transmission characteristics of in free spaceconditions to have a more complete and more rigorous understanding for vortexbeams; Second, we study the vortex beam diffraction characteristics by changingthe topological charge vortex beams, holes pore size, viewing screen position,th is study have a qualitative analysis of the different topological charge influencefor the hole diffraction of vortex beams , further illustrates the vortex beamcharacteristics. On the topological charge vortex beam detection is of greatsignificance .Third,we have a t heoretical analysis for depth focus characteristicsof the c ircularly polarized .
Keyword: vortex beam diffraction transmission c ircularly polarized depthfocus
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 : . 1
1.3 研究意义 .. 2
第二章 基本理论 . 4
2.1 涡旋光束基本理论 . 4
2.2 涡旋光束的生成 .. 5
2.2.1 螺旋相位板法 .. 5
2.2.2 全息光栅法 5
2.2.3 空间光调制器法 . 6
2.2.4 小结 7
2.3 光传输理论 . 7
2.3.1 几何光学法 7
2.3.2 矩阵光学方法 .. 7
2.3.3 傅里叶光学方法 . 8
2.3.4 波动光学法 8
2.3.5 广义衍射积分法 : 9
2.4 衍射积分理论 9
2.4.1 菲涅尔近似 . 1 0
2.4.2 弗朗和费近似 1 0
第三章 仿真与计算 . 1 1
3.1 涡旋光束的自由传输 . 1 1
3.1.1 理论分析 .. 1 1
3.1.2 模拟仿真 .. 1 2
3.1.3 实验装置 .. 1 4
3.2 涡旋光束小孔衍射特性 1 4
3.2.1 理论分析 .. 1 4
3.2.2 拓扑荷数对涡旋光束衍射特性影响 1 5
3.2.3 小孔大小对涡旋光束衍射特性影响 18
3.2.4 实验装置 .. 20
3.3 圆偏振深聚焦特性 .. 2 1
3.3.1 理论分析 .. 2 1
结论 23
致谢 23
参考文献 . 24
第一章 绪论1.1 研究背景现代光学在许多方向都取得了连续的进展 , 奇点光学也越发凸显其重要性。它研究的对象主要具有相位奇异性波前或者具有相位奇点的光束 。 与普通光速相比 , 奇异光场具有许多新的重要性质 , 其中 涡旋光束是奇异光场的中典型例子 , 它的波前是具有旋转的螺旋形 , 涡旋光束的传播具有柱对称性质 , 其 涡旋中心是一个暗核 , 在此 几乎没有 光强 , 并以 保持中心光强为零 的特性 传播 。 其 波矢量有方位项 ，绕着中心暗核旋转，因此光波具有轨道角动量。十九世纪三十年代， George Biddell Airy 在进行聚焦实验时，在聚焦面上偶然发现了一个反常光环 ， 这也是 首次观察到 光学漩涡 。 随后 ， Bryngdahl 和 Lee希望对平滑波前进行改进， 提出引进相位奇点的想法 。 1979 年 ， Vaughan 和Willetts 为了让人们更好的能理解光学漩涡，对光学漩涡的相位分布进行了研究 。 1981 -1983 年 ， Baranova 提出 在 离散 斑场中 ，也可以产生光学涡旋，但是只能产生低拓扑荷数的光学涡旋 。 1989 年， Coullet 等人 在前人研究的基础上， 首次引入光学涡旋这一术语 。 1992 年 ， Swartzlander 在非线性 Kerr 介质中 进行 自聚焦 实验时，第一个 观察到了光学涡旋孤子。同年， Allen 等人证明 当光束 在近轴传播 时 ， 光束 具有 一个 相位因子 ) exp( θil ，其中的光子具有 ℏ l 的轨道角动量 。1994 年 ,Barnett 和 Allen 认为涡旋光束不只是在近轴传播时才具有轨道角动量 ， 对涡旋光束在非近轴传播时的角动量进行测量 。 首次发现在 非近轴情况下光学涡旋 具有与近轴条件下相同的 轨道角动 量 。 这样涡旋光束的轨道角动量学说就更加的完善了。