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4.2 4.2 4.2 4.2 仿真程序与结果 仿真程序与结果 仿真程序与结果 仿真程序与结果 . 22
5 5 5 5 总结与展望 总结与展望 总结与展望 总结与展望 30
致谢致谢致谢致谢 . 31
参考文献 参考文献 参考文献 参考文献 . 32
1 1 1 1 绪论绪论绪论绪论随着科学技术的不断发展 ， 光学涡旋作为一种比较独特的光场已经愈来愈引起众多科学家的兴趣与研究 ， 之所以能够受到如此多的关注 ， 主要是由于光学涡旋具有特殊的螺旋波前结构以及稳定的光子轨道角动量 ， 其中以螺旋波前结构的研究极为重要 ， 因为它对研究涡旋场的性质 、 产生以及它们之间的相互作用都有着重要的意义 。 理论服务于实际 ， 出众的应用价值才是它日益成为关注焦点的关键，现如今的应用还不足以满足需要，更加巨大的潜在价值还需要不断地研究 、开发。在本章中主要介绍光学涡旋的研究背景 、 发展现状 ， 本课题的研究目的以及总结本课题的研究意义 ， 并在最后概括说明一下本课题的研究内容和简略地交代一下研究安排。
1.1 1.1 1.1 1.1 光学涡旋的研究背景 光学涡旋的研究背景 光学涡旋的研究背景 光学涡旋的研究背景在理论研究中，一般通研究光的传播主要是通过求解波动方程来实现的 。 但是有些不尽如人意的地方是在某些情况下（比如说二维或者三维的情况下） ， 往往会有奇点出现在波动方程的解中，所谓奇点在数学上就是取值为无穷大的点 ，然而在物理上没有真正的无穷大 ， 物理取值一般都是趋于有限数值 ， 但也有特殊的区域，某些变量随着时间的变化也会越来越大趋向于无穷，所以说在空域中 ，如果用数学的方法去定量地标定或者描述这些奇点或奇点线的物理性质时就会出现无穷大或甚至可能发生突变 。 因此就会出现这种情况即波的强度为零但是波的相位在这些奇点就没有定义 。 波存在相位奇点和旋转流体存在奇点的现象通称为涡旋 。 涡旋对我们来说无处不在 ， 只要我们细心观察与研究 。 其实对光学涡旋的研究首先是从研究相位奇点开始的，世界上第一个对相位奇点进行研究的 是Whewell, 他是通过观察潮汐的涨落发现了相位奇点 [1]，
对其做出了科学的描述和定义 ， 他的研究发现对于促进光学涡旋的发展具有首发难之功 ， 后人在他的基础上不仅对他的理论成果进行深入 ， 而且还将这个成果拓展到其他的方向上和应用领域上去，随着研究发现，后来人们发现在电磁波中也存在涡旋这种现象 ， 即当电磁波中存在着类似于晶体的 “ 螺旋式缺陷 ” 时 , 波前会绕其传播方向以螺旋方式前进 ， 形成螺旋形的波前 。 光学涡旋是一种点相位缺陷的光场 ， 在该点处实部和虚部都为零 ， 故相位值不确定 。 与流体动力学中涡旋的概念类似 ， 故称为光学涡旋。光学涡旋的一经发现，在基础物理学和应用物理学之间搭起了桥梁 ， 对光学涡旋以及其拓展学科的研究 ， 大大促进了应用物理学的发展和基础物理学的研究 ， 而且在随着人们对光的认识逐渐加深 ， 尤其是激光出现之后 ， 对光学涡旋的认识就越来越清晰了。接下来我就主要介绍一下光学涡旋的研究历程吧 ， 起初早在十九世纪三十年代 源]自=751-^论-文"网·www.751com.cn/ ， Airy 就通过观察透镜焦平面发现了一个反常光环 ， 这个发现促使人们思考 ，进而从另一个角度对光学涡旋进行研究即能量的角度 ， 后来的数十年中 ， 多个科学家从不同的光学条件进行了研究 ， 首先是干涉场中形成的光学涡旋 ， 发现了在光波场中相位缺失点处的振幅为零这个重要的现象 ，