拉盖尔-高斯涡旋光束的传输特性研究.pdf

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1、上海理工大学学报第37卷第4期J．UniversityofShanghaiforScienceandTechnologyVo1．37No．42015文章编号：1007—6735(2015)04—0374—06DOI：10．13255／j．enki．jusst．2015．04．013拉盖尔一高斯涡旋光束的传输特性研究侯乐鑫，耿滔，董祥关(上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093)摘要：从菲涅耳衍射理论出发，以自由空间为例，利用柯林斯公式推导出了任意阶拉盖尔一高斯涡旋光束的传播形式，证明了高阶拉盖尔一高斯涡旋光束在自由空间的传播能够保持其自身表达形式的不

2、变性。此研究方法可以拓展到满足傍轴条件的任意光学系统。对不同阶数的拉盖尔一高斯涡旋光束经过传输后的相位和强度分布分别进行了数值模拟，在传输的过程中，光束的等相位线发生了弯曲并且光束发生了扩散，依据传播表达式对其相位和强度的变化规律进行了分析。关键词：拉盖尔一高斯涡旋光束；传输；柯林斯公式；光学变换矩阵中图分类号：O436,1文献标志码：APropagationProperitiesofLaguerre-GaussianVortexBeamH0ULexin，GENGTao，DONGXiangmei(SchoolofOptical—ElectricalandCompu

3、terEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China)Abstract：OnthebasisofFresneldiffractiontheory，thepropagationpropertiesofLaguerre—Gaussianvortexbeamofany-orderinfreespacewerestrictlydeducedbyusingtheCollinsformula．TheinvarianceoftheexpressionformofLaguer

4、re—Gaussianvortexbeamofany-orderinfreespacewasproved．OnlythecaseoffreespacepropagationofLaguerre—Gaussianvortexbeamwasconoernedinthepaper，nevertheless，theresultscanbeextendedtoanyparaxialopticalsystem．Meanwhile，thephaseandintensitydistributionsofLaguerre-Gaussianvortexbeamofdifferento

5、rderwerenumericallysimulated．Thesimulationshowsthatafterpropagation，thephaseandintensitydistributionsarebothchanged．Thesechangeswerefurtheranalyzedinvirtueofthepropagationexpression．Keywords：Laguerre-Gauss／antDbeam；propagation；Collinsformula；opticaltransformationmatrix收稿日期：2014—03—25基

6、金项目：国家自然科学基金资助项目(61008044)；国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2011CB707504)第一作者：侯乐鑫(1989一)，男，硕士研究生．研究方向：激光与涡旋光束．E-mail：fx8866hou@163．corn通信作者：耿滔(1978一)，男，副教授．研究方向：光学．E—mail：gengtao@usst．edu．cn第4期侯乐鑫，等：拉盖尔一高斯涡旋光束的传输特性研究375涡旋光束是具有连续螺旋状相位分布的光束，f【z]：Tf1：fAB]fr1(1)其光场表达式中有一项形式为exp(i／~)的相位因2J【01JlCDJl1J

7、子，其中，c称为拓扑荷，为柱坐标系中的角向坐式中，T为光学系统的光学变换矩阵；A，B，C，D是标。涡旋光束的每个光子携带￡的确定光子轨道矩阵T的元素，取值由光学系统决定。角动量，为约化普朗克常量。早期涡旋光束主要由光学变换矩阵原理可知，无论一个光学系统集中应用于光学微操控，如对微粒和原子的光陷有多复杂，只要知道其光学变换矩阵，即可求得出射阱、捕获和引导粒子。一引、驱动微粒旋转[-5等。光线的位置与方向。利用光学矩阵变换原理可以大近年来，研究者发现其可以用于保密[6I7]、高密度通大简化光线在复杂光学系统中的传输问题。信加]，因此，越来越多的研究开始集中到涡旋光将以

8、上光学矩阵