贝塞尔涡旋光束经水下气泡幕传输衰减特性研究

利用涡旋光束与水下气泡的相互作用,可以实现对水下航行体的快速、准确探测和跟踪,基于贝塞尔涡旋光束经过球形粒子散射Mie理论,并通过等效折射率的方法,研究了贝塞尔涡旋光束与微小气泡的相互作用规律。在考虑洁净水的吸收、散射作用以及水下气泡散射作用的基础上,分析了不同光源参数下贝塞尔涡旋光束在水下气泡环境中的传输功率衰减。

分数阶高阶贝塞尔涡旋光束的矢量波分析法研究

利用矢量波分析法对分数阶高阶贝塞尔涡旋光束(FBV)的电矢量特性进行了研究。在紧聚焦和非紧聚焦条件下,研究了拓扑荷(TCs)增量为0.1阶、拓扑荷从2.1增到3的过程中,Ex、Ey、Ez三个电场分量强度图的变化情况。进而对比分析了TCs值为整数阶和半整数阶FBV光束在由紧聚焦向非紧聚焦过渡过程中Ex分量强度的变化情况。数值模拟结果表明,紧聚焦和非紧聚焦情况下,三个分量的电场强度分布差异较大,其亮环圆对称性均遭到破坏;非紧聚焦情况下,Ex分量的圆对称性增强,而Ey、Ez分量与紧聚焦条件下的光强分布基本相同;在由紧聚焦向非紧聚焦过渡过程中,Ex分量整数阶TCs光束亮环圆对称性逐渐增强,而半整数阶TCs光束亮环结构基本不变,仅存在缩放关系。

基于纯相位空间光调制器和棋盘相格法制备高阶贝塞尔涡旋光束

当前,较为常用的光场复振幅调制方法主要是通过衍射效应来实现的,这造成了能量利用效率普遍较低,为此基于纯相位空间光调制器(SLM)和棋盘相格法在衍射零级实现了高阶贝塞尔涡旋光束的制备。首先,介绍了奈奎斯特光栅和棋盘相格法的基本原理,推导了在衍射零级制备贝塞尔涡旋光束的复振幅调制方法并编码了相应的全息图,分别模拟了通过该方法生成的低阶和高阶贝塞尔涡旋光束的光场分布。其次,基于纯相位SLM搭建了相应的实验光路,分别制备了低阶和高阶贝塞尔涡旋光束。最后,讨论了本文方法的优点和不足。实验结果表明,本文方法制备的高阶贝塞尔涡旋光束的模式纯度虽然不及衍射一级,但却可以将衍射效率提升约4.5倍。

大气湍流中贝塞尔-高斯涡旋光束传播性能分析

为了研究涡旋光束在湍流大气中的传输特性,根据广义的惠更斯-菲涅耳原理,采用基于快速傅里叶变换的功率谱反演法,对贝塞尔-高斯光束在大气湍流中的传输过程进行了理论分析和数值仿真;采用次谐波补偿法产生随机相位屏来模拟大气湍流,解决了大气湍流模拟时存在低频成分不足的问题。结果表明,除了湍流强度外,传输距离、拓扑荷数、激光波长等也成为影响贝塞尔-高斯涡旋光束质量的主要因素;湍流越强,光束的环形光强越弱,相位畸变越严重,光强起伏越明显,且逐渐退化为普通高斯光束;随着传输距离的增加,涡旋光束扩散现象明显,最终退化为普通高斯光束;波长越长,则涡旋光束抑制湍流能力越强,环形光强越强,相位畸变程度会得到逐步改善;拓扑荷数越小,涡旋光束会最先退化为普通高斯光束,相位畸变程度越弱。该结果对于研究涡旋光束在自由空间光通信中的传输是有帮助的。

径向偏振高阶贝塞尔-高斯涡旋光束的传输及其偏振特性

理论和实验研究了径向偏振高阶贝塞尔-高斯涡旋光束在自由空间传输的光强分布和偏振特性.数值计算表明,在无衍射区域,随着传输距离的增加,光强分布基本保持不变;对于零阶光束,其偏振态一直保持径向偏振不变;对于高阶光束,其偏振态发生变化,由初始的径向偏振逐渐变为椭圆偏振和线偏振的杂化状态.实验上,利用径向偏振转换器、螺旋相位板和轴棱锥元件产生了径向偏振高阶贝塞尔-高斯涡旋光束,探测了其通过不同偏振片后的光强分布.实验结果与理论结果基本相符合.该研究也提供了一种产生杂化偏振矢量光束的方法.

初级慧差对圆偏振涡旋贝塞尔-高斯光束聚焦场的影响

利用Richards-Wolf矢量衍射公式,获得圆偏振涡旋贝塞尔-高斯光束经具有初级慧差高数值孔径系统聚焦后的三维光场复振幅函数,模拟了不同慧差系数下圆偏振涡旋贝塞尔-高斯光束的聚焦光场。研究表明,初级慧差使圆偏振涡旋贝塞尔-高斯光束的聚焦光场分布模式和空间位置发生改变;初级慧差系数的正、负不改变光场分布模式;初级慧差不会影响光轴上光强分布的对称性,而是改变光强分布曲线。