新型反常涡旋光束传输特性研究.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目新型反常涡旋光束传输特性研究学科专业控制科学与工程学号201221250172作者姓名袁乙平指导教师杨元杰副研究员分类号密级注1UDC学位论文新型反常涡旋光束传输特性研究（题名和副题名）袁乙平（作者姓名）指导教师杨元杰副研究员电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业控制科学与工程提交论文日期2015.03.01论文答辩日期2015.05.26学位授予单位和日期电子科技

2、大学2015年6月22日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号STUDYONTHETRANSMISSIONCHARACTERISTICSOFANEWTYPEOFANOMALOUSVORTEXBEAMSAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ControlScienceandEngineeringAuthor:YuanYipingAdvisor:YangYuanjieSchool:SchoolofAeron

3、auticsandAstronautics独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电

4、子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要涡旋光束自发现以来，其众多特性就引起研究者广泛关注研究。涡旋光束是指一类具有螺旋相位波前的特殊光束，其相位分布函数中常含有与旋转方位角θ成正比的螺旋相位因子：exp(ilθ)。光束在传播时，形成暗中空的涡旋光斑，光斑中心相位不确定，因此涡旋光束具有相位奇点。1992年，Allen等人证明在近轴传播的条件下，具有相位因子exp(ilθ)的光束（即光学涡

5、旋）具有l的轨道角动量。涡旋光束的深入研究将极大地促进我国在光学微操纵、光学信息传输、非线性光学、激光光学、微粒波导、生物医学、原子光学和分子光学等领域的科学与应用研究的发展。本论文首先对光学涡旋作了简单介绍，并对涡旋光束的常用产生方法作了分析介绍，重点对新型反常涡旋光束在自由空间的环形光阑和随机的湍流大气中的传输特性进行了研究。论文主要内容如下：1.对光学涡旋的国内外发展动态和研究现状进行了归纳总结，并总结分析了光学涡旋的应用。2.对近轴近似情况下的光学涡旋的轨道角动量理论进行了介绍。并对产生光学涡旋的典型方法作了归纳介绍，主要有几何模式转

6、换法、螺旋相位板法、全息图法、液晶空间光调制器法等。3.研究了新型反常涡旋光束在自由空间的环形光阑中的传输特性。首先对激光光束传输的基础理论与研究方法作理论概述，主要对柯林斯积分的演变形成与矩阵研究方法进行理论描述。然后，对反常涡旋光束的基本特性作了研究，数值模拟了光束的强度分布和相位分布，并分析了规律。最后，主要研究反常涡旋光束在自由空间中，通过环形光阑限制的傍轴近似ABCD光学系统的传输特性。通过改变光束参数与光阑半径，分析涡旋光束的光斑特性与光强分布规律。4.研究了新型反常涡旋光束在随机的湍流大气中的传输特性。首先对大气湍流概况作了描述

7、。然后，对大气湍流的大气折射率结构常数各种模型进行了分析，总结归纳出了表征大气湍流的大气折射率结构常数变化规律，并描述了大气湍流的功率谱的各种模型，分析大气湍流的闪烁指数。最后，对反常涡旋光束在大气湍流传输的理论模型进行数值推导，研究光束的传输特性，通过改变大气湍流的参数，数值模拟光强分布，分析光束的强度分布规律。关键词：涡旋光束，轨道角动量，环形光阑，大气湍流，光强分布IABSTRACTABSTRACTVortexbeamsinceithasbeendiscovered,itsmanycharacteristicscausedwidespr

8、eadconcernofresearchers.Vortexbeamisakindofspecialbeamwithhelicalphasewavefront,th