基于涡旋相位调制的轨道角动量光束传播特性

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1、工学硕士学位论文基于涡旋相位调制的轨道角动量光束传播特性常宁哈尔滨理工大学2018年3月国内图书分类号：O433.1工学硕士学位论文基于涡旋相位调制的轨道角动量光束传播特性硕士研究生：常宁导师：高玮教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：光学工程所在单位：理学院答辩日期：2018年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：O433.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPropagationcharacteristicsoforbitalangularmomentumbeamb

2、asedonvortexphasemodulationCandidate：NingChangSupervisor：Prof.GaoWeiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：OpticsEngineeringDateofOralExamination：March,2018HarbinUniversityofScienceandUniversity：Technology哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于涡旋相位调制的轨道角动量光束传播

3、特性》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：常宁日期：2018年3月30日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《基于涡旋相位调制的轨道角动量光束传播特性》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关

4、于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密□，在年解密后适用授权书。不保密。(请在以上相应方框内打√)作者签名：常宁日期：2018年3月30日导师签名：高玮日期：2018年3月30日基于涡旋相位调制的轨道角动量光束传播特性摘要涡旋光束，即携带轨道角动量(OrbitalAngularMomentum,OAM)光束，因其特殊的相位结构在经典与量子领域具有重要应用，是近年来的研究热点。OA

5、M作为光子的一个自由度，因其特殊的力学效应可构建无限维希尔伯特空间，因此在相干光通信、高维度量子信息和精密测量等领域具有巨大潜力，其特殊的相位结构和强度分布，在与物质的相互作用如成像、光镊和相位调控等方面取得重要进展和应用。在高维OAM非线性调控的研究中，由于OAM模式不匹配造成相互作用区光斑交叠不充分，以及高维OAM光斑较大引起功率密度下降，从而导致非线性作用效率降低等问题。本文从OAM光束本质出发，从线性和非线性两个方面研究OAM光束传播特性，针对大拓扑荷OAM光束演化问题，提出并实验验证利用4f成像法，将高斯型光强分布波源处成像至非线性晶体

6、上，能够有效解决因大拓扑荷OAM光束演化造成的非线性效率过低问题。首先，从OAM光束定义和概念出发，在分析OAM光束产生方法的同时，利用群速度理论和结构光场波矢理论分别研究OAM光束传播速度，并利用自相关系统进行实验验证。其次，根据衍射积分理论分析OAM光束产生和传播演化。利用涡旋相位调制产生的轨道角动量光场演化模型，理论和实验研究了实际涡旋光场在产生、传输过程中的演化行为，发现不同拓扑荷涡旋光场在产生起始点均为高斯型分布，在传播距离小于0.01m以内，高维涡旋光场中心暗斑尺寸在百微米以下，因此以产生处为非线性作用区能够解决大拓扑荷轨道角动量非线

7、性相互作用效率低下等问题，为高维轨道角动量光场实现高效率非线性调控提供重要依据。最后，以倍频为例，探究OAM光束传播过程中对非线性作用的影响，包括理论和实验分析倍频光束演化特性和拓扑荷对倍频效率影响。理论分析4f成像系统特性，并利用该系统将OAM波源作为基频光，能够有效减少不同拓扑荷OAM光束光斑大小对倍频效率的影响。关键词轨道角动量；涡旋相位调制；传播特性；非线性效率IPropagationcharacteristicsoforbitalangularmomentumbeambasedonvortexphasemodulationAbstrac

8、tTwistedbeam,whichisalsocalledOrbitalAngularMomentum(OAM)beam,hasimp