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光纤中矢量涡旋光束的产生

孙培敬  
【摘要】:矢量涡旋光束具有螺旋相位结构,可以聚焦形成环形的光阱,并且携带光子轨道角动量,可以与微粒发生动量及角动量耦合,这在操纵微粒平动和转动、束缚低折射率粒子、控制生物标本等方面有着重要应用,近年来已经在激光光学、微粒波导、生物医学、原子光学、光学微操纵、非线性光学、光学信息传输、光学计算等领域得到广泛研究和应用。矢量涡旋光的产生方法主要有模式转换法、空间光调制法、计算全息法等,大多存在装置复杂,成本较高的问题,本文尝试使用普通光纤,通过控制高斯光入射条件,直接产生矢量涡旋光,并对该方法进行了理论和实验验证。首先,从波动方程出发,用光纤模式理论分析了光纤中的模场分布,给出矢量模的分类和与标量模的对应关系,并使用Mathematica软件计算了光纤各模式的截止条件、传播常数、有效折射率、激发效率,给出了各阶模式激发效率与入射光倾斜角度和偏移量的关系。其次用Comsol软件仿真了光纤中的模场分布,计算各模式的有效折射率,与Mathematica软件计算结果吻合较好。最后根据理论模型,设计实验系统,将波长为0.6328μm的激光以一定入射角度和偏移量耦合进SMF-28E光纤,通过控制入射角度、偏移量和入射光的偏振态,输出光波经相干检测验证了各阶模式的涡旋特性,经偏振检测,验证了模式的矢量特性,证明了通过光纤获得矢量涡旋光的可行性。本研究为矢量涡旋光束的产生提供了简单易行、成本低廉的途径,为矢量涡旋光束的推广和应用提供了支持。


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