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无衍射Mathieu光束的产生和光学特性研究

胡海华  
【摘要】:就光的本性而言,衍射是光波的基本传输现象,正常情况下,很难做到光束在自由空间的空间不扩展稳定传输。随着激光技术的快速发展,采用特殊方式构造的无衍射光束,是解决这一问题的主要途径。近几年来相继产生了许多种能够在远距离传输后始终保持中心光斑不变的光束,我们称其为无衍射光束,其中包括了Bessel光束、高阶Bessel光束、Mathieu光束、高阶Mathieu光束、余弦光束、抛物线光束以及艾里光束等.无衍射光束在激光打孔、激光精密准直、光学精密控制、光学微操控、光通信、等离子体导向、光子弹产生、光通信、自聚焦光束的合成以及非线性光学等领域中有着广泛的应用。Mathieu光束作为一种具有光学形态丰富多样的新型无衍射光束,是当前光场调控的重点研究领域之一。本项目旨在理论上探究新的方案,并实验上提出新的方法产生无衍射Mathieu光束。在此基础上,产生具有加速特性的螺旋Mathieu光束。论文主要工作包括三部分:(1)基于圆环调制,利用傅里叶变换法产生无衍射Mathieu光束,得到了较为理想的实验结果,特别是产生了高阶Mathieu光束;(2)使用锥镜,并且利用稳相法产生了各阶无衍射Mathieu光束;(3)基于螺旋Bessel光束的产生原理,理论构建了具有加速传输特性的螺旋Mathieu光束。研究工作的创新点包括:(1)利用较为简单的方法产生了高阶Mathieu光束;得到了较为理想的实验结果;(2)稳相法产生无衍射Mathieu光束,相比于其它的产生方法,极大地提高了光能利用率且可以产生任意阶数的Mathieu光束;(3)理论模拟了产生具有加速特性的螺旋Mathieu光束的可能性。


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