收藏本站
收藏 | 论文排版

全矢量光场的产生及其应用

陈召忠  
【摘要】:随着激光技术的发展进步,人们越来越多地认识到光所携带的丰富信息可以作为探测和感知物质世界的手段。若要充分发挥光子作为信息载体的优势,对光场的调控至关重要。光场调控主要包括在时间域和空间域对光场进行调控两大类,调控的光场参量主要是频率、振幅、相位和偏振。在时间域可以调控光场的频率。对光场的振幅、相位和偏振分布的调控构成对光场的空域调控,这也是本论文的主要研究内容。在光学的发展历程中,对振幅和相位的调控技术已经比较成熟有效,而对偏振的调控相对较难,特别是要同时实现对振幅、相位和偏振的调控就更为复杂。通过偏振自由度的引入加之对振幅和相位的调控,无疑会导致光场演化以及光与物质相互作用的新效应。本文将集中研究对光场空间参量的完全调控也即全矢量光场的产生及其应用。本论文工作的主要创新如下:1.提出了一种振幅、相位和偏振可被同时完全调控的矢量光场生成方案。论文回顾了前人提出的基于4f系统和空间光调制器的矢量光场产生方案,该方案的原理是光束的先分解后合成,基模的高斯光束经过空间光调制器和空间滤波后变为两束偏振方向相互垂直的基矢量光,而后这两束基矢量光通过一个Ronchi光栅合成为一束矢量光。在之前的方案中,受空间光调制器工作模式的限制,只能调控两个基矢量光场的相位分布,不能调控其振幅分布,这样就只能调控所合成光场的偏振和相位而不能调控光场的光强分布;而且所合成的矢量光场的偏振态只能位于Poincare球的一个大圆上,不能覆盖整个Poincare球。为了突破上述局限,我们采用了光场复振幅的纯相位编码算法,可以利用相位型空间光调制器完全调控两个基矢量光场的振幅和相位,因此可以实现对由它们所合成的矢量光场的振幅、相位和偏振的完全调控,也就是可以产生全矢量光场。论文中提出的全矢量光场生成方案,是普遍适用的。要产生任意所需的矢量光场,首先将其分解为偏振正交的两个基矢量光场,然后使用纯相位编码算法编码两个基矢量光场的复振幅,最后通过基于4f系统的矢量光场生成系统来生成这一光场。我们设计了相应的实验验证了该方案的实用性和可靠性。2.提出了一种聚焦光场的逆向设计方案,实现了对焦场空间参量的完全调控。焦场设计要解决的主要问题是如何获得与焦场对应的入射场,现今被普遍采用的方案,一种是迭代方案,一种是正向方案。正向方案本质上是一种试探方案,根据经验主动改变入射场的结构来获得所需的焦场。但是由于试探过程复杂,而且只对某些特定类型的焦场有效,因而该方案应用范围有限。而迭代方案是一种近似方案,而且迭代的收敛性与焦场具体结构有关;此外,迭代过程中要求至少有一个光场参量作为自由参数,因而不能用于全矢量光场的设计中。由于正向设计和迭代设计都比较费时,所以很难用在需要对焦场进行实时动态调控的场合。本论文中提出的全矢量焦场的设计方案,是通过逆向计算获得与焦场对应的入射场的。逆向计算的基础是Richards-Wolf矢量衍射理论以及根据坐标变换获得的光场在物镜出瞳和入瞳之间的转换矩阵;在逆向算时可使用快速傅里叶变换和啁啾变换,以保证计算的快速和准确。在逆向设计方案中,入射场的获取仅需一步计算,不需要试探,不需要设定自由参数,因而该方案可以实现对焦场的实时动态的全矢量调控。我们通过实验验证了该设计方案的有效性和普适性,论文还首次提出并使用逆向设计方案在焦场中产生了完美矢量涡旋光场。3.提出了一种基于剪切干涉的相位涡旋拓扑荷检测方案。此方案不仅可以用于标量光场相位涡旋拓扑荷的检测,还可以用于矢量涡旋光场的相位拓扑荷检测。该方案是将带相位涡旋的光场通过一个平行偏振分束镜后一分为二,所产生的两束光的传播方向平行且偏振态相互垂直,而它们的光束中心有一个横向平移。通过这两束光的偏振干涉条纹就可以判断出涡旋的大小和手性。该方案用于检测标量光场相位涡旋拓扑荷时,干涉条纹中围绕两个光强奇点的干涉臂的数目相等且与相位涡旋拓扑荷的绝对值相等,而干涉条纹的方向对应拓扑荷的正负;用于矢量涡旋光场的相位拓扑检测时,围绕两个光强奇点的干涉臂的数目,分别反映两个正交圆偏振偏振分量所携带的相位涡旋拓扑荷的绝对值,而干涉臂的方向则分别反映相位涡旋拓扑荷的正负,通过两个正交偏振分量的相位拓扑荷,就可以逆推出矢量涡旋光场的相位涡旋拓扑荷。相比于其它检测涡旋拓扑荷的方法而言,基于剪切干涉的涡旋拓扑荷的检测方案的优点是,该检测方案不依赖于具体的光场产生光路,可以独立构建和使用;所用元器件精简,光路搭建十分方便;抗干扰能力强,因为我们的光路不要求对涡旋光的中心进行对准,各元件的距离也没有特殊要求,只需要依次通过各个光学元件,就可以产生足够区分不同拓扑荷的实验现象;通过这些现象不仅能区分拓扑荷的大小也能区分拓扑荷的正负;并且不需要对CCD所记录的图像进行后续处理,甚至某些情形下,相位拓扑荷可以用肉眼直接分辨出来;此外,该方案中所用核心元器件具有很大损伤阂值,可以用于高功率情况下涡旋相位拓扑荷的检测。我们通过实验验证了所提出的拓扑荷检测方案,并证实该方案对相干光和部分相干光都有效。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 赵建林;蔡阳健;;“光场调控、传输及其应用”专题前言[J];光学学报;2016年10期
2 练萌;顾兵;;单轴晶体中杂化偏振矢量涡旋光场的传输特性[J];东南大学学报(自然科学版);2020年01期
3 蔡阳健;陈树琪;;“光场调控及应用”专辑导读[J];光子学报;2022年01期
4 王钰;李晓荣;高少华;杨东浩;王佳艺;崔慧林;Chemingui M;张心正;许京军;;区域液晶面外定向技术及其在光场调控中的应用[J];量子电子学报;2021年01期
5 赵亮;岑松原;;基于非成像数字光场理论设计的一种节能型壁挂式植物生长灯[J];照明工程学报;2021年02期
6 颜士玲;朱学艺;王洪飞;解碧野;张秀娟;卢明辉;詹鹏;张利剑;芦红;;基于非厄米和拓扑效应的光场调控机制与光学器件研究进展(特邀)[J];红外与激光工程;2021年01期
7 王悦;刘元正;华昕怡;杨博雯;陈世杰;陈建;;紧凑型矢量光场发生器中4f系统的对齐方法[J];光学仪器;2021年04期
8 管浩;;奕目科技:突破技术壁垒,打造“三维慧眼”[J];华东科技;2021年08期
9 马晓喆;张方;黄惠杰;;光刻机照明光场强度分布校正技术研究[J];中国激光;2021年20期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 许凌飞;周志超;任天荣;;精细光场气动光学数值计算研究[A];2015年红外、遥感技术与应用研讨会暨交叉学科论坛论文集[C];2015年
2 王继锁;孙金祚;王传奎;;光场高阶压缩的独立性[A];第五届全国量子光学学术报告会论文摘要专集[C];1992年
3 印建平;黎永青;王育竹;;非经典强度相关光场中噪声频谱特性及压缩关系的实验研究[A];第五届全国基础光学学术报告会和交叉科学中的光学问题讨论会论文集[C];1991年
4 周文胜;苏显渝;郭履容;李健;;新型准正弦光场在位相轮廓术中的应用[A];第四届全国光电技术与系统学术会议论文集[C];1991年
5 马龙生;;光场时域和频域的精密控制 光学频率合成与光脉冲合成[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
6 郭蕊香;马红亮;张云;李小英;张宽收;彭堃墀;;小型全固化非经典光场产生系统的实验研究及其热自锁现象的实验观察与分析[A];第九届全国量子光学学术报告会摘要集(Ⅱ)[C];2000年
7 黎永青;王育竹;王长生;;实验观察压缩量为90%(10dB)的非经典孪生光场[A];第五届全国基础光学学术报告会和交叉科学中的光学问题讨论会论文集[C];1991年
8 彭堃墀;谢常德;;非经典光场的产生和应用[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年
9 郭龚强;李刚;张鹏飞;张玉驰;王军民;张天才;;基于光场统计特性的非经典判据的研究[A];第十四届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2010年
10 卢川;刘伟涛;陈平形;;利用双光子符合测量直接观察非纠缠光场与纠缠光场的一种显著差异[A];第十四届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2010年
11 廖庆洪;方光宇;王月媛;刘树田;;陆续通过一个热光场腔时两原子间纠缠的突然产生[A];第十四届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2010年
12 李宏荣;李福利;张沛;;利用条件测量实现非高斯纠缠光场[A];第十四届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2010年
13 方卯发;陈菊梅;何林生;;熵测不准关系与光场的熵压缩[A];第八届全国量子光学学术报告会论文摘要选[C];1998年
14 冷建材;夏云杰;;负P表示非经典光场的信息熵[A];第十一届全国量子光学学术会议论文摘要集[C];2004年
15 李高翔;彭金生;;旋波近似和非旋波近似下J—C模型中光场位相涨落[A];第五届全国基础光学学术报告会和交叉科学中的光学问题讨论会论文集[C];1991年
16 单传家;夏云杰;;相位损耗腔中原子纠缠与光场非经典特性之间的关系[A];江苏、山东、河南、江西、黑龙江五省光学(激光)联合学术'05年会论文集[C];2005年
17 朱从旭;;迭加态与光场振幅平方压缩增强[A];第五届全国量子光学学术报告会论文摘要专集[C];1992年
18 霍丙忠;;聚焦光场激发下中心对称球形粒子的二次谐波产生[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
19 汤瑞凯;李雄杰;吴文杰;武愕;曾和平;;涡旋光场频率上转换实验研究[A];第十六届全国量子光学学术报告会报告摘要集[C];2014年
20 周原;夏云杰;;远程操纵光场的非经典性质[A];第十二届全国量子光学学术会议论文摘要集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 陈召忠;全矢量光场的产生及其应用[D];南京大学;2016年
2 臧天阳;微纳结构光场调控及精密位移测量研究[D];中国科学技术大学;2020年
3 蔡亚楠;紧聚焦矢量光场的产生、表征与应用研究[D];中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所);2020年
4 刘伟伟;自加速光场和阵列光场的研究及在光捕获中的应用[D];中国科学技术大学;2016年
5 毛磊;空间结构光场生成及其与微纳结构相互作用的研究[D];中国科学技术大学;2016年
6 周志良;光场成像技术研究[D];中国科学技术大学;2012年
7 荣振宇;基于液晶空间光调制器的矢量光场调控研究[D];山东师范大学;2014年
8 刘博阳;三维光场显示性能提升的关键技术研究[D];北京邮电大学;2021年
9 李远航;三维光场显示实时编码与渲染方法研究[D];北京邮电大学;2021年
10 高超;悬浮光场显示光学系统优化技术研究[D];北京邮电大学;2021年
11 赵波;矢量光场的实时表征及偏振特性研究[D];哈尔滨理工大学;2021年
12 王浩宇;硅基超表面光场调控研究[D];中国科学技术大学;2020年
13 李凡星;随机散射光场在相位恢复和相干衍射成像中的应用研究[D];中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所);2020年
14 伍俊龙;基于光场成像的三维测量技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所);2020年
15 苏忱;高分辨率可交互扫描光场显示关键技术研究[D];浙江大学;2017年
16 赵娟宁;光场成像技术研究及其在激光参数测量中的应用[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2015年
17 郑冰;混合光场水下光学二维与三维探测研究[D];中国海洋大学;2013年
18 徐洪梅;水下非均匀光场的目标探测研究[D];中国海洋大学;2009年
19 胡晓博;新型结构光场的产生及其在光学计量中的应用研究[D];哈尔滨理工大学;2021年
20 谢一言;矢量光场波前调控方法及应用研究[D];山东师范大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 潘德涛;复杂结构光场的三维焦场调控[D];浙江理工大学;2021年
2 苏新淇;微型化傅里叶光场显微成像技术[D];哈尔滨工业大学;2021年
3 葛凡;光场显示景深扩展的关键技术研究[D];北京邮电大学;2021年
4 陈建成;焦散相位矢量光场的生成与传播特性研究[D];东南大学;2020年
5 夏正德;基于稀疏采样的稠密光场重建方法研究[D];中北大学;2020年
6 关德鹏;光场体验质量评价[D];西安电子科技大学;2017年
7 高璐;基于超表面的光场调控研究[D];东南大学;2020年
8 王梦帅;新型庞加莱球矢量光场的设计及其焦面调控[D];曲阜师范大学;2021年
9 张玉坤;基于多聚焦特征学习的光场深度估计研究[D];大连理工大学;2021年
10 张延相;超快矢量光场的空时紧聚焦特性研究[D];太原理工大学;2021年
11 郑建文;基于光场成像的三维立体视觉测量方法研究[D];中国民航大学;2020年
12 吴海俊;矢量结构光场参量上转换[D];哈尔滨理工大学;2020年
13 宋攀;手性媒质中结构光场的自旋/轨道角动量及其相互作用研究[D];西安电子科技大学;2020年
14 李帅;基于空间光场的亮度感知研究[D];东南大学;2019年
15 王林;光场反射式直线时栅光场分布仿真和结构设计[D];重庆理工大学;2017年
16 皮慧婷;非密集采样下的连续表面光场构建[D];北京工业大学;2017年
17 唐恒;光场成像全焦图像生成及其显著性检测研究[D];浙江工商大学;2015年
18 张文豪;基于频率域的光场重对焦算法研究[D];浙江工商大学;2015年
19 李俊锋;融合光场焦点堆栈和全聚焦图像的显著性检查算法[D];浙江工商大学;2015年
20 郭松;水下非均匀光场建立方法研究[D];中国海洋大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前17条
1 记者 黄辛;光场单向放大研究取得新进展[N];中国科学报;2019年
2 罗晨锋;红光场县携手共建美好家园[N];北大荒日报;2010年
3 本报记者 刘园园;光场,显示领域的下一个大热门[N];科技日报;2015年
4 记者 黄辛 许悦;我国科学家发展新型光场显微镜[N];中国科学报;2020年
5 王凡华 本报记者 滕继濮;赵建林:一点光芒,就可绽放[N];科技日报;2016年
6 本报记者 胡军;光场相机快速推陈出新[N];中国消费者报;2015年
7 刘霞;新技术首次将光场转化为机械振动[N];科技日报;2010年
8 中青报·中青网记者 王烨捷;“光子飓风”制造者正在打开全球光学宝库[N];中国青年报;2021年
9 南方日报记者 昌道励 王诗堃 赵晓娜;服贸会广东军团创新产品亮眼[N];南方日报;2020年
10 本报记者 沈湫莎;5G落地,“AI+直播”模式助力在线经济迭代[N];文汇报;2020年
11 记者 卢兆欣 吴霄云;2020年度交流会在通举行[N];南通日报;2020年
12 记者 房琳琳;科学家首次观测到有角度的加速光[N];科技日报;2015年
13 本报记者 林美炳;VR/AR不会重蹈3D电视覆辙[N];中国电子报;2016年
14 记者 烟成群 胥文燕;河北企业率先产业化应用我国首款工业数字光场芯片[N];河北经济日报;2020年
15 本报记者 滕继濮;2012,那些可圈可点的技术[N];科技日报;2013年
16 记者 任平;我省荣获6项2006年度国家科技二等奖[N];山西科技报;2007年
17 记者 耿挺;新型光场显微镜可高速记录大脑神经元活动[N];上海科技报;2020年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978