OAM激光光源的产生和OAM态检测技术研究.pdf

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1、OAM激光光源的产生和OAM态检测技术研究钟雷2015年01月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540OAM激光光源的产生和OAM态检测技术研究作者姓名钟雷学院名称光电学院指导教师高春清教授答辩委员会主席赵长明教授申请学位工学硕士学科专业电子科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月GenerationofOAMlaseranddetectionofOAMstatesCandidateName：ZhongLeiSchoolorDepartment:Opto-ElectronicsFacultyMentor:P

2、rof.GaoChunqingChair,ThesisCommittee：Prof.ZhaoChangmingDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ElectronicScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他

3、人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要涡旋光束携带轨道角动量（OrbitalAngularMomentum，OAM），是近年来人们研究的热点，尤其是近两年，涡旋光束受到国内学者越来越多的重视。本文主要研究OAM激光光源的产生及OAM态的检测技术。其中，数字激光器作为一种生成OAM光波的新方法为本文主要研究内容。OAM态的检测方法有很多，

4、本文主要基于空间光调制器，通过设计全息光栅，达到增大OAM态的检测范围和简化测量方法的目的。在测量OAM态之前，本文也涉及到如何生成一个纯度较高的OAM光波及两个OAM光波的生成，以提供OAM检测光源。数字激光器基于传统激光器，成熟的传统激光器设计经验和高性能的空间光调制器（SpatialLightModulator）是设计数字激光器的前提条件。考虑到光束轨道角动量在1550nm通信波段中的应用背景，在该波段附近，本文基于1.645μm的Er：YAG激光器及Holoeye的PLUTO-Telco空间光调制器，对数字激光器进行仿真和设

5、计。本论文主要完成以下几个方面的工作：1、介绍了涡旋光束的国内外研究进展，包括涡旋光束的生成方法和检测方法。对涡旋光束的历史发展做一个整体回顾，对最新研究进展进行总结。2、利用空间光调制器生成一个高纯度的拉盖尔-高斯光束。利用两种方法，棋盘相格法和闪耀光栅法使纯相位空间光调制器实现振幅调制。提出两种利用空间光调制器实现OAM态叠加的方法。3、利用MATLAB软件对数字激光器的谐振腔选模进行仿真，通过控制光阑孔径和损耗实现了模式的选择，输出不同阶数的拉盖尔-高斯光束模式。根据Er:YAG晶体的参数，对数字激光器的阈值、光斑大小和谐振腔

6、的结构进行了设计。4、利用空间光调制器生成达曼光栅。实现角量子数由-12~+12范围的测量。通过一张全息图，实现了涡旋光束的生成、变换及检测三个过程。成功的检测出涡旋光束的轨道角动量子数。关键词：涡旋光束；轨道角动量子数；空间光调制器；螺旋相位片；达曼光栅；数字激光器I北京理工大学硕士学位论文AbstractVortexbeamscarryorbitalangularmomentum.Itisahotresearchsubject,especiallyinlasttwoyears.Vortexbeamsattractmoreandm

7、oreattentiontoitsapplications.Thisthesisstudiedthegenerationanddetectionmethodsofvortexbeams,andOAMlasersasadetectionmethodwasdepicted.TherearemanywaystodetectOAMandthisthesisisbasedonaspatiallightmodulator,throughdesignedholographicgratingstoachievethepurposeofincreas

8、ingmeasurementrangeofOAMandsimplifyingthemeasurementmethods.ThisthesiswasalsorelatedtohowtogenerateahighpurityOAMbeam