一、一种产生平顶光束的新方法:厄米-高斯光束的合成（论文文献综述）
林蓉[1]（2021）在《特殊关联结构光束构建、传输及应用》文中研究表明振幅、频率、相位、偏振态是影响光束传输特性的几个可调控参量,而相干性则是一个容易被忽略的可调控参量。激光的一个最重要的特性是高相干性,而适当地降低激光的相干性,即成为部分相干光,在许多方面展现出独特的优越性。比如,增加信噪比、降低比特误差率、减小随机介质引起的光强闪烁、漂移等。起初,对部分相干光束的研究主要集中在高斯谢尔模光束,直到2007年,F.Gori等人从理论上找到了构建特殊关联结构光束所需要的充分条件,一系列具有不同关联结构的特殊关联结构光束模型被相继提出,并且其在多种介质中的传输特性也被广泛研究,研究发现特殊关联光束具有许多优于传统关联光束的奇特传输特性。当光与非线性物质发生相互作用时,可以产生多种非线性光学效应,比如二次谐波、和频、差频、光克尔效应、四波混频等。二次谐波是产生新频率激光束的一个方便方法,通常这些频率的光不容易获得,但是它们在光谱学、光通信以及遥感、生物医学等各领域均有重要应用。有三种方法可实现谐波的调控,目前使用波前调控方法较多。基于此,在本文中,我们主要构建了特殊关联结构光束,研究了特殊关联结构光束在一些线性介质和非线性介质中具有的传输性质以及应用。具有轨道角动量的光束被认为是提升自由空间和大气湍流中光通信的关键。众所周知,携带涡旋相位的光束具有轨道角动量,然而研究发现,具有扭曲相位的部分相干光束同样具有轨道角动量。我们在本论文中构建了一种携带扭曲相位的部分相干光束,即扭曲厄米高斯谢尔模光束,并研究了它在自由空间和大气湍流中的传输特性。研究发现,扭曲厄米高斯谢尔模光束的扭曲因子不仅存在于扭曲相位中,而且存在于关联函数中,在光源面,扭曲因子和光束阶数对相干度分布和光谱密度分布都有很大的影响。与以往研究的厄米高斯关联光束在光源面只有一个光斑不同,我们构建的扭曲厄米高斯谢尔模光束在光源面可以有多个光斑。在自由空间和湍流中传输时,光谱强度分布同时具有自分裂和自旋转特性,通过调整光束的扭曲因子和光束阶数,可以改变光子的轨道角动量分布,减缓其在湍流中传输时归一化轨道角动量的退化,提高了抗湍流能力。所以,这类光束性能明显优于其它部分相干光束,具有多个可调控自由度,为灵活地控制轨道角动量提供了新方法,提高其抗湍流能力。研究了具有一对共轭模式的“双H”部分相干光束在自由空间与大气湍流中的传输性质,确定了两模式之间的相位常数φ0在控制光谱强度分布以及抵抗湍流退化效应方面所起的作用。结果显示这类新的结构光束为光束整形和提高抗湍流能力提供了一个新的自由度,将在自由空间光通信中发挥巨大的作用。研究了扭曲厄米高斯谢尔模光束和矩形厄米非均匀关联光束在单轴晶体中沿垂直光轴方向的传输性质。结果表明,当光束在单轴晶体中传输时,其归一化光谱强度分布和相干度分布都受晶体参数（比如寻常光折射率和非常光折射率的比值）和光束参数影响。另外,矩形厄米非均匀关联光束在x轴方向和y轴方向具有独立的自聚焦特性,通过调节光束阶数或者两个方向的相干长度可以控制其在晶体中的聚焦长度。我们利用这一独特的自聚焦传输特性,首次提出了利用矩形厄米非均匀关联光束测量单轴晶体折射率的方法,并给出了具体的实施方法。该方法使用范围比较广,并且通过增大光束阶数可以减小由CCD探测精度引起的实验误差。研究了多高斯谢尔模光束这类特殊关联结构光束在非线性晶体中产生二次谐波的特性。研究发现,对于多高斯谢尔模基频光束,二次谐波的关联结构仍然是多高斯关联,但是相干度模出现的峰值个数是入射基频光束相干度模峰值个数的二倍,二次谐波在焦平面上的光强分布也和基频光束焦平面光强分布相同,都呈平顶分布。所以,通过调控基频光的相干结构可以调控二次谐波的相干结构,为非线性谐波的调控提供了一个新的自由度。
胡志蒙[2]（2021）在《平顶光束无线光通信性能研究》文中研究表明无线光通信具有速率高、抗干扰、体积小、重量轻、功耗低的优势,是未来通信技术发展的重要方向之一,在载荷受限的小卫星、无人机上具有巨大的应用价值。目前,绝大部分无线光通信研究基于高斯光束。而平顶光束中心光强分布更均匀、大气湍流展宽更小,具有提升无线光通信性能的潜力,正受到越来越多的关注。然而,现有平顶光束无线光通信性能研究普遍基于光轴静止的经典光传输理论,研究结论仅适用于固定应用场景。在移动应用场景下,需要光束捕获跟踪机构来建立和保持无线光通信链路,其跟瞄误差会引起光轴抖动。如何整合跟瞄误差理论和经典光传输理论成为平顶光束无线光通信性能研究亟待解决的科学问题。本文将面向小卫星、无人机等移动应用场景,引入跟瞄误差,创建自由空间和大气湍流下的平顶光束无线光通信性能模型,搭建仿真环境,开展对比验证。具体研究内容包括:一、自由空间中的平顶光束无线光通信性能研究。面向小卫星应用场景,从平顶光束的自由空间衍射理论出发,基于平顶光束远场光强分布,结合跟瞄误差概率密度函数,建立了接收功率、信噪比、功率起伏概率密度函数、中断概率和平均误码率等性能的统计模型。将平顶光束远场光强分布近似为柱形分布、将圆形接收口径近似为弧形口径,首次获得了自由空间平顶光束无线光通信性能统计模型的解析式。构建了蒙特卡洛仿真环境。验证了理论结果的准确性、开展了平顶光束与高斯光束无线光通信性能的对比研究。结果表明:相对高斯光束,自由空间平顶光束对跟瞄误差不敏感。如果小卫星姿态控制精度能够达到几十μrad,在小卫星无线光通信中使用平顶光束,可以不再使用MEMS转镜,保障通信性能的同时还能大大简化系统复杂度。二、大气湍流下的平顶光束无线光通信性能研究。面向无人机应用场景,从平顶光束的大气湍流传输理论出发,基于平顶光束长周期平均光强分布,结合跟瞄误差概率密度函数和湍流引起的功率起伏概率密度函数,建立了平均接收功率、平均信噪比、跟瞄误差和湍流的联合功率起伏概率密度函数、中断概率和平均误码率等性能统计模型。将平顶光束长周期平均光强分布近似为高斯型分布、将圆形接收口径近似为方形口径,首次获得了大气湍流平顶光束无线光通信性能统计模型的解析式。构建了具有跟瞄误差的相位屏仿真环境。验证了理论结果的准确性、开展了平顶光束与高斯光束无线光通信性能的对比研究。结果表明:相对高斯光束,大气湍流下的平顶光束对跟瞄误差更敏感。但是在现有无人机十几μrad的跟瞄误差下,采用平顶光束能够大大提升通信性能。综上所述,本文全面攻克了自由空间和大气湍流下的平顶光束无线光通信性能分析与设计难题,深入探讨了平顶光束在小卫星和无人机无线光通信中的应用模式和应用成效,为后续终端研制奠定了坚实的理论基础、提供了明确的设计指导。
王敬好[3]（2021）在《多波长涡旋光纤激光器》文中研究表明涡旋光束,指的是一类具有特殊涡旋结构的光场,主要包括矢量涡旋光束以及相位涡旋光束。矢量涡旋光束又被称为柱矢量（cylindrical vector,CV）光束,有着环形的强度分布以及轴对称的偏振分布。它们在强聚焦条件下具有许多特殊的性质,已经在超分辨成像、激光加工、光镊、表面等离子激发等领域获得了广泛研究。相位涡旋光束又被称为轨道角动量（orbital angular momentum,OAM）光束,具有与拓扑荷数l有关的螺旋相位分布且携带OAM,在光学操纵、光通信、传感等领域已经显示出了独特的应用优势。近些年,利用光纤激光器产生CV光束或者OAM光束成为涡旋光束重要的研究方向之一。早期的一些研究通常使用错位耦合光纤结构结合少模布拉格光纤光栅的方案来产生CV光束,由于少模布拉格光纤光栅的窄谱反射特性,这些激光器通常只能实现单个波长的CV光束的输出。最近,有一些研究利用少模长周期光纤光栅以及模式选择耦合器实现了涡旋光束的输出。这些器件展现出了良好的宽谱响应特性,从而使得人们可以利用这些器件实现涡旋光束的宽谱输出。在一些应用中,如光通信以及传感系统,通常希望所使用的光源具有多波长特性。具有多波长特性的涡旋光束在实际应用中将更具有吸引力。目前,利用光纤激光器产生多波长涡旋光束的研究较少,且这些研究所实现的输出波长数量以及调谐范围也都比较有限,因此有必要对多波长涡旋光纤激光器进行进一步研究。本文主要的研究工作如下:1.设计并研究了两种涡旋模式转换器,即角向偏振模式选择器以及高阶OAM模式转换器。角向偏振模式选择器由金属包层光纤构成。由于金属包层对不同偏振的损耗性质,只有角向偏振模式可以低损地穿过这种器件。研究结果表明这种器件在900-1300 nm波长范围内都有着良好的响应。高阶OAM模式转换器由模式选择耦合器以及多模椭圆包层光纤构成。首先利用模式选择耦合器获得高阶LPl1模式,然后将椭圆包层光纤以一定角度级联在模式选择耦合器的多模输出端口,借助椭圆包层光纤的应力双折射在LPl1θ模式以及LPl1-θ模式之间引入合适的相位差,最终可以获得拓扑荷数为±1、±2以及±3的OAM光束的输出。2.利用外部窄线宽布里渊泵浦激发腔内的级联受激布里渊散射,并结合少模长周期光纤光栅宽谱的模式转换,研究中实现了多波长OAM光束的输出。通过优化主泵浦功率、布里渊泵浦功率以及布里渊泵浦波长等参数,实验中获得了多达10个波长的OAM±1光束的输出。通过调节腔内的可调带通滤波器,多波长OAM光束的中心波长可以在1535 nm-1570 nm之间调谐。所产生的多波长OAM光束的纯度高于96%。3.利用光纤马赫-曾德尔干涉仪提供梳状滤波,利用6 km长单模光纤中的非线性效应抑制模式竞争,并结合少模长周期光纤光栅的模式转换,提出了一种能产生多波长CV光束的方法。通过调节马赫-曾德尔梳状滤波器,得到了波长间隔约为0.09 nm、0.11 nm、0.17nm、0.24nm和0.3 nm的多波长激光输出。在足够的泵浦功率下,当波长间隔被调谐至0.09 nm时,激光器实现了多于10个波长的激光运转。通过调节平顶可调带通滤波器,多波长CV光束的中心波长可以在1534.37 nm-1570.06 nm之间连续调谐。4.利用光纤谐振环提供背向散射,利用模式选择耦合器进行腔外的模式转换,构建了一个能够实现CV光束输出的光纤随机激光器。激光器的输出谱呈现出了随机多波长特性以及一定的低时间相干特性。为了验证所设计的激光器在抑制激光散斑方面的有效性,我们测量了单波长的线偏振基模光束、单波长的径向偏振光束以及随机多波长的径向偏振光束经过散射片后的散斑对比度。结果表明,与单波长线偏振基模光束相比,使用单波长径向偏振光时,散斑对比度降低了 21%,而使用随机多波长的径向偏振光时,散斑对比度可以进一步降低16%。本文的主要创新点有:1.提出了一种具有大调谐范围以及输出波长数量的多波长OAM光纤激光器。研究中实现了波长数量高达10个的OAM±1光束的产生,且调谐范围达到了 35nm。据我们所知,所提出的激光器是迄今为止具有最大调谐范围以及最多输出波长的OAM光纤激光器。2.提出了一种中心波长以及波长间隔均可调谐的多波长CV光纤激光器。研究中获得了大于10个波长的CV光束的产生,且多波长CV光束的中心波长可以在1534.37 nm-1570.06 nm之间连续调谐。不仅如此,研究中还实现了波长间隔约为0.09nm、0.11 nm、0.17nm、0.24nm和0.3 nm的多波长CV光束的输出。3.提出了一种产生CV光束的光纤随机激光器。由于激光器的其中一个反馈由光纤谐振环中的背向散射提供,输出的CV光束展现出了随机多波长特性以及一定的低时间相干特性。通过散斑对比度实验,初步验证了这种随机多波长的CV光束在激光散斑抑制方面的有效性。
董淼[4]（2020）在《部分相干涡旋光束的传输特性及辐射力研究》文中认为涡旋光束因其特殊的波前结构,在光通信、生物医学、量子信息等方面具有重要的应用前景,是当今国际上一个研究热点。在相同环境条件下,降低光束相干性在光传输、光学捕获、原子冷却中具有优势。部分相干涡旋光束结合两种光束优点在众多领域更具吸引力。目前,部分相干涡旋光束的实际应用处于初级阶段,空间相干结构对光束的传输特性、拓扑荷数测量以及光学捕获特性具有重要影响。在此背景下,本文以部分相干修正贝塞尔高斯光束、部分相干复宗量拉盖尔高斯光束、部分相干反常涡旋光束为例,分别对部分相干涡旋光束在梯度折射率介质中的传输演化特性,低相干度下的涡旋结构（拓扑荷数）测量方法以及作用于不同瑞利粒子的辐射力进行系统研究。主要内容和创新点如下:1.研究了部分相干涡旋光束在梯度折射率介质中的传输特性。基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式以及梯度折射率介质的ABCD矩阵表达式,推导出部分相干修正贝塞尔高斯光束在梯度折射率介质中的交叉谱密度函数表达式,研究了光束在梯度折射率介质中的传输轨迹、光强与相位分布等。研究结果表明:部分相干涡旋光束在梯度折射率介质中的传输轨迹呈现先聚焦后发散的周期性演化规律。当经过半周期整数倍时,涡旋相位旋转方向反向。当位于半周期整数倍时,涡旋相位结构与初始相位结构相同。梯度折射率因子仅影响传输周期,相干参数、拓扑荷数影响束腰宽度及暗中空面积。光学涡旋在传输中不发生分裂现象。研究结果揭示了部分相干涡旋光束在梯度折射率介质与自由空间中传输特性不同。选择合适参数的梯度折射率介质能够对部分相干涡旋光束实施光场变换。涡旋相位在梯度折射率介质中的传输演化规律,为远距离光通信提供了理论依据。2.提出了一种测量部分相干复宗量拉盖尔高斯光束拓扑荷数的新方法。基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式,推导出部分相干复宗量拉盖尔高斯光束的交叉谱密度函数表达式,研究了光束在远场处复相干度的特殊结构分布以及影响因素。研究结果表明:部分相干复宗量拉盖尔高斯光束的远场复相干度成明暗相错环状分布,暗环个数N与拓扑荷数|l|一一对应,而与径向指数p无关。通过数学推导以及实验测量,均证实了这一发现,从而提出测量该光束的拓扑荷数新方法。该方法在低相干度下具有结果清晰、观测简单等优点。研究结果揭示了该光束的复相干度振幅分布与拓扑荷数之间具有一一对应关系:N=|l|,发现了部分相干复宗量拉盖尔高斯光束与部分相干标准拉盖尔高斯光束的关联结构不同。研究结果为部分相干涡旋光束在光通信、光捕获领域提供理论依据。3.研究了部分相干反常涡旋光束的聚焦光场特性及对介质瑞利粒子的辐射力。基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式,推导出部分相干反常涡旋光束在焦平面处的交叉谱密度函数表达式,研究了光束在焦平面附近的光场演化特性以及影响因素。基于瑞利散射理论,研究了光束对介质瑞利粒子的辐射力以及影响因素。研究结果表明:部分相干反常涡旋光束在焦平面附近具有极强的光束整形能力,联合调制拓扑荷数、光学阶数、相干长度,形成空心、平顶、实心光强分布。在焦平面处,利用实心光强分布能够三维捕获高折射率介质瑞利粒子。在偏离焦平面处,利用空心光强分布能够横向捕获低折射率介质瑞利粒子。调节光学阶数、拓扑荷数、相干长度等参数,辐射力大小及捕获范围可被调节。在一定尺寸范围内的介质瑞利粒子能够被部分相干反常涡旋光束稳定捕获。研究结果揭示了部分相干涡旋光束具有众多光场调节参数以及特殊聚焦光场演化特性,并且利用该特性能够捕获不同折射率的介质瑞利粒子,为“粒子筛选”提供了重要途径,为新型光镊技术提供理论依据。4.研究了部分相干圆偏振反常涡旋光束的紧聚焦光场特性及金属瑞利粒子的辐射力。基于矢量衍射理论和部分相干理论,推导出紧聚焦部分相干圆偏振反常涡旋光束的交叉谱密度函数表达式,研究了紧聚焦部分相干涡旋光束的光场分布以及影响因素。基于瑞利散射理论,研究了紧聚焦部分相干涡旋光束对金属瑞利粒子的辐射力及影响因素。研究结果表明:自旋方向、拓扑荷数、数值孔径等参数影响紧聚焦后光强分布。相干长度、光学阶数、束腰宽度仅改变光强值,不改变光强分布。紧聚焦后光束在轴向方向,自旋角动量转换为轨道角动量,影响轴向光强分布。选择合适光学参数,紧聚焦部分相干圆偏振反常涡旋光束可捕获金属瑞利粒子。调节拓扑荷数、光学阶数可改变辐射力大小。研究结果为新型光镊技术提供理论依据。
范小利[5]（2020）在《克尔效应对厄米-高斯光束传输特性的影响》文中提出高功率激光会导致克尔介质的折射率发生改变,从而影响光束的传输特性,这就是光克尔效应。克尔效应与光场分布有关,研究不同激光束的光克尔效应具有重要的理论和实际应用意义。厄米-高斯（H-G）光束是一种常见的高阶高斯光束。之前的研究仅限于H-G光束在等离子体或非局域克尔介质中的克尔效应,本论文首次研究了局域非线性克尔介质中克尔效应对H-G光束传输特性的影响。另一方面,激光烧蚀推进技术具有潜在的应用前景,例如激光空间碎片清理和激光发射小型探测器至近地轨道等。大气是一种非线性克尔介质,地基激光烧蚀推进技术的应用中,必须要考虑大气的克尔自聚焦效应产生的影响。本论文研究了克尔效应对H-G光束传输特性的影响,具体内容包括:1、研究了克尔效应对厄米-高斯光束传输特性的影响。基于非线性薛定谔方程,利用变分方法推导出了H-G光束在克尔介质中传输时束宽、曲率半径以及自聚焦临界功率、瑞利长度、光束质量因子的解析式。定义了H-G光束在克尔介质中新的复参数,证明了此时ABCD定律仍然是有效的,这为研究H-G光束在克尔介质中的传输提供了一种简单的方法。研究表明:随着光束阶数的增加,H-G光束的自聚焦临界功率增加,即克尔非线性对H-G光束的影响减小。研究还发现:H-G光束在自聚焦介质中传输时不会出现整束焦点,因此自聚焦焦距不适合表征H-G光束的自聚焦效应。2、研究了非均匀大气中克尔自聚焦效应对厄米-高斯光束传输特性的影响。推导出了H-G光束从地面通过大气传输到空间轨道过程中束宽的解析表达式。通过数值模拟对束宽的解析式进行了修正,进一步得到了M2因子的解析式。结果表明:以相同初始束宽入射H-G光束时,随着模式数m的增大,焦移和靶面束宽增大。大气自聚焦效应会使H-G光束的相位发生畸变,导致光束远场轮廓发生改变。研究还发现:在初始位置处进行相位补偿可以保持H-G光束的轮廓,并减小靶面位置处的光束束宽。本文研究结果对地基激光烧蚀推进技术的应用具有意义。
陶润夏[6]（2020）在《光纤波导中矢量光场的数值模拟及产生》文中提出涡旋光束是指在光场中心具有孤立奇点的光束,通常为空间上的相位奇点或偏振奇点,因此光场的强度表现为中空的环形分布。对于携带相位奇点的涡旋光束,由于其具有螺旋前进的位相exp（ilφ）,且光束中的光子均携带轨道角动量ln,我们称其为轨道角动量（OAM）光束。由于其拓扑荷数l理论上可取任意整数,因此其在光通信以及量子信息等领域有巨大的发展潜力。对于携带偏振奇点的光束,由于其光束截面上的偏振分布呈柱对称的形式,因此我们称之为轴对称偏振光束,也叫柱矢量光（CVBs）,其中得到最广泛研究的的主要是角向偏振光和径向偏振光,这两种光束由于其特殊的偏振分布,在使用透镜聚焦时会呈现特殊的聚焦光斑,因此在表面等离子体激发、激光加工等领域有重要的应用价值。而这两种光束都具有环形的光场分布,因此在粒子操纵方面都有潜在的应用前景。之前的研究中,有很多的方法可以产生轨道角动量光和柱矢量光。对于轨道角动量光,主要可以由柱透镜组、螺旋位相片、空间光调制器产生;对于柱矢量光,主要可以由各向异性晶体、半波片组、亚波长光栅以及空间光调制器产生。相比于这些空间光器件,在光纤中产生轨道角动量光和柱矢量光具有更高的效率和更高的模式纯度,并且全光纤的结构更易于集成。由光纤的模式理论,在弱导近似下的光纤的本征解有LP01模式、LP11模式等,其中线偏LP11模式对应了四个简并的矢量模式,即TE01模式、TM01模式以及HE21模式的奇模和偶模;其中TE01模式为角向偏振光,TM01模式为径向偏振光,这两个模式则为通常所说的柱矢量光;而HE21模式的奇模和偶模以±π/2的位相差叠加则可以得到轨道角动量光。因此只要通过合适的方法使光纤中的基模LP01模式耦合到高阶模LP11模式,再通过控制位相或偏振就可以得到轨道角动量光和柱矢量光。本文中,我们介绍了轨道角动量光和柱矢量光的数学模型、光学特性、应用领域以及产生方法和检测方法。从光纤的模式理论以及耦合模理论出发,分析了光纤光栅和模式选择耦合器的耦合理论,建立了相关的数学模型。基于模式选择耦合器和光纤布拉格光栅设计了直腔结构的全光纤激光器输出连续的轨道角动量光。利用有限元方法分析了旋光光纤的模式,证明了其本征模式携带有轨道角动量。设计了宽谱的长周期光栅,搭建了基于非线性偏振旋转的锁模激光器,实现了柱矢量光的脉冲输出。最后我们理论上设计了 1.0μm波段的柱矢量模式的色散管理光纤。本文的主要工作和研究成果如下:1.根据模式选择耦合器的原理,设计并制作了实现LP01模式和LP11模式转化的模式选择耦合器,其转化效率理论上可以达到百分之百。并利用少模光纤布拉格光栅作为激光器的输出耦合端,搭建了 1.0μm波段的全光纤轨道角动量光激光器,其输出斜率效率为15.7%,其阈值为84mW。通过缠绕法计算的模式纯度经达到了 94.7%。2.分析了旋光材料光纤的模式特性,其所有的本征LPmn（m≠0）模式中的简并矢量模式均携带m阶轨道角动量。3.设计并制作了透过谱宽为125nm且模式转化效率大于93.7%的长周期光栅,并利用沉积有金箔的跳线头作为输出耦合端避免对输出光谱的窄化,同时利用3端口的环形器和起偏器的结合以及两个偏振控制器实现了脉宽为168 ps、重频为9.83 MHz的NPR柱矢量锁模脉冲的输出。并且输出的柱矢量模式纯度均高于95%。4.设计了空气芯金属包层光纤,利用有限元方法研究了不同空气芯半径、导波层厚度及金属包层厚度对光纤群速度色散的影响,其TE01模式的总色散在1.06μm处可以达到-700 ps2/km;对于TM01模式,计算了无金属包层的光纤,其在1.06μm处的群速度色散可以达到-300 ps2/km。本论文的创新点:1.利用模式选择耦合器和少模光纤布拉格光栅实现了 1.0 μm波段的全光纤激光器,输出了高效率、高纯度的轨道角动量光2.理论上证明了旋光光纤的本征模式携带轨道角动量,为实现轨道角动量光提出了一种新的方式。3.设计并制作了高效的宽谱长周期光栅,结合非线性偏振旋转实现了宽谱的柱矢量锁模脉冲输出。由于整个激光器结构仅有两个偏振控制器,其中一个兼负柱矢量模式的调整以及NPR的实现,因此结构相比于一般的NPR柱矢量激光器更为简单,且方便调节。4.设计了空气芯金属包层光纤使TE01模式具有较大的负群速度色散;计算了无金属包层情况下TE01模式和TM01模式的群速度色散。为实现飞秒量级的柱矢量脉冲提供了色散管理的思路。
沈栋辉[7]（2020）在《由传统涡旋到新型涡旋光束的产生、传输与探测研究》文中提出涡旋光束拥有螺旋型的相位结构。研究表明涡旋光束存在相位奇点,光束中的光子携带轨道角动量,这类光束在经典和量子领域具有重要作用,其在自由空间光通信、量子信息处理、光学微操控、光学测量、超分辨成像等领域引起了科研工作者的持续关注。这使得涡旋光束的研究成为了现代光学中的一个重要研究领域。传统的涡旋光束包括拉盖尔高斯光束、贝塞尔光束、高斯涡旋光束等。近年来一些新型涡旋光束也被越来越多的研究人员所关注,包括分数阶涡旋光束、马蒂尔涡旋光束、幂指数次方涡旋光束等。对涡旋光束的研究从传统涡旋延伸到新型涡旋具有重要的理论和现实意义,可以为光学涡旋的操控以及其在工程领域的应用提供理论基础。基于上述研究背景,本文对涡旋光束的产生、传输和探测进行了研究,研究对象从传统涡旋拓展到新型涡旋。本论文具体章节安排如下:第一章首先介绍了涡旋光束的相关背景,梳理了涡旋光束的研究现状和发展动态,指出本论文的研究目的以及研究意义。接着介绍了本论文涉及的理论基础与研究方法,包括:广义衍射积分公式,傅里叶光学传输法,深度学习与图像识别,以及介绍了涡旋光调控的实验方法。第二章提出了一种基于新型扭曲相位探测高斯涡旋光束的轨道角动量的方法,基于傅里叶光学传输法数值模拟了高斯涡旋光束在经过新型扭曲相位之后的光束传输特性,通过调整新型扭曲相位的参数,研究参数变化对于轨道角动量探测的影响,最后设计实验对理论模拟进行了验证。第三章介绍了拉盖尔高斯光束和厄米高斯光束的模式转换,提出了一类新型的模式转换装置。基于广义菲涅尔衍射积分公式推导了两类光束经过新型的模式转换装置后的解析表达式,理论表明两类光束在经过新型的模式转换装置后可以进行相互之间的模式转换。之后通过设计实验,对理论结果进行了验证。第四章研究了 一类非传统涡旋光束。结合广义菲涅积分公式和级数展开法推导了新型幂指数次方涡旋光束的传输公式,得到了新型幂指数次方涡旋光束在自由空间传输的解析解,同时用傅里叶传输法对结果进行了对比和验证,之后进行了实验,对理论模拟结果进行了验证,实验结果和理论模拟高度一致。最后,对新型幂指数次方涡旋光束的轨道角动量进行了研究计算。第五章介绍了深度学习在光学领域的应用,提出了一种基于深度学习的方法来探测新型幂指数次方涡旋光束的拓扑荷和幂指数参数,通过神经网络模型搭建和光学实验相结合对模型进行了验证。实验结果证明了这种方法在探测新型涡旋光束方面的可行性。第六章对本论文的主要工作及创新点进行总结,并提出对未来工作的展望。
梁春豪[8]（2019）在《时域与空域部分相干光束调控、统计及应用》文中研究说明自1960年第一台激光器问世以来,激光因其独特的性质已被广泛应用于物理、化学、生物、医学、工业、信息技术和国防等众多领域。通过对激光束固有属性进行适当地调控,可以产生许多新的物理特性。因此,近年来激光光场调控逐渐成为光学领域的研究热点之一。前期的光场调控手段,主要局限于振幅、相位、偏振等。近期研究表明,降低激光相干性可获得部分相干光束。通过对其关联函数进行调控,可以引发一系列新颖有趣的物理特性,这在信息加密,光通讯和成像等领域中有着广阔的应用前景。本论文中,我们将对空域与时域部分相干光束开展研究。首先我们对于标量和矢量空域部分相干光束的产生以及传输性质进行了深入地研究。我们选取了相干度分布为非高斯型的部分相干光束,光源面光强分布包括了高斯型和非高斯型两类。研究了目标光束的光强、相干度和偏振态在自由空间以及经薄透镜聚焦系统传输过程中的演变情况,并详细地讨论了光源参数对光束传输性质的影响。研究结果表明:在低相干性条件下,光束传输到远场处的光强和偏振态由光源处相干度来决定,而远场相干度将由光源处光强来决定。随着相干性的增加,传输过程将会变得复杂,光束传输性质由光源光强和相干度共同决定。其次,我们对空域部分相干光束的实际应用进行探索。利用相干度去检测涡旋光束的模式指数;提出了可产生各种可调控阵列光束的光学系统;以及通过调控照明光源的相干度,实现突破瑞利极限的成像分辨率。最后,我们研究了时域部分相干脉冲在非线性光放大器传输过程中的统计特性。研究结果表明:高斯谢尔模脉冲,可以和完全相干高斯脉冲一样在放大器传输过程中产生抛物脉冲,并实现自相似。对于到达自相似区域的脉冲,我们研究了它在接收面处脉冲峰值的统计特性,发现其概率密度函数在传输过程中也具有自相似性,此外能产生光畸波。进一步研究光源相干性大小对统计特性和光畸波的影响,发现随着光源相干性的减小,脉冲峰值统计特性会发生改变,并且光畸波的概率和振幅都将会相应的减小。
孙野[9]（2019）在《涡旋光束光场模式的测量和分析》文中提出从二十世纪后期以来,在二十多年的时间里,从2G到4G,再到即将全面来临的5G,移动通信技术以超乎想象的速度发展,通信速率以近乎于飞跃的方式增长,而现在对社会信息化程度的发展还在快速提升当中,这就对通信容量有更大的的需求。于是,探索可以大幅度扩充通信容量的方法成为人们所关注的焦点。而涡旋光束可能将实现人们的这一需求。由于涡旋光束携带轨道角动量和拓扑荷等特性,使得它在光通信、量子信息处理、光摄技术和光学成像技术等领域均具有更大的发展前景。但是,与此同时,涡旋光也是比较敏感的,微小的扰动都会对它产生影响。所以,我们需要对涡旋光束在传播过程中发生的变化进行精确的测量和可靠的分析。本文主要对涡旋光的基本特性以及对它的的模式的测量和分析的方法做了理论分析和实验研究,主要内容如下:第一章,通过对涡旋光相关文献资料的调研,了解涡旋光的发展历史和国内外研究现状及其研究价值和意义,并对涡旋光的几种典型应用进行了介绍。第二章,主要介绍了涡旋光的基本现象和理论,对涡旋光的几种基本特性进行了理论分析,之后介绍了常用的涡旋光束种类以及特性。第三章,简要介绍了涡旋光束产生的几种主要方法并对它们各自的优缺点进行了对比和分析,着重探讨空间光调制器的原理和其在光学中的应用。最后还介绍了一种检验涡旋光束的方法并通过实验结果来证明。第四章,先是通过采用四种可调振幅的调制方法与纯相位调制涡旋光束全息图进行实验对比,选出了获得模式纯度最高的调制函数用于光场重构实验。提供了模式分解的理论依据,进行了涡旋光模式的分解和重构实验,验证了这一方法的可行性。随后提出了涡旋光束轨道角动量密度的定义,通过实验对它进行了较为精确的测量,并探讨了在多个OAM模式叠加且相对相位不断变化时OAM密度的变化。最后设计了一种可控的OAM滤波器,利用l??（28）94和的4个OAM模式来进行实验,实现了对任意一个或多个OAM模式的滤波,讨论了它的缺点以及可改进的措施或方向。最后回顾与总结全文,对研究工作的前景和面对的问题进行展望。
张雅[10]（2017）在《FSO系统中阵列光束在大气湍流中的传输特性研究》文中指出随着深空探测和星地通信的快速发展,人们对光通信距离提出了越来越高的要求,而仅仅通过增大单激光器功率来满足通信需求是很困难的,所以为了获得大功率、高质量的激光束输出,人们提出了阵列光束合成技术。近年来,随着光束合成技术的不断成熟和相关理论的逐渐完善,自由空间光通信（Free-Space Optical Communication, FSO）系统的传输距离和光束质量取得了巨大突破,对阵列光束传输特性的研究也引起了人们的广泛关注。本文主要围绕阵列光束在大气湍流中的传输特性展开研究,其中的主要工作包括:1.根据广义Huygens-Fresnel原理和修正von Karman谱模型,推导了 FSO系统中部分相干高斯-谢尔模型（Gaussian-Schell Model,GSM）阵列光束通过大气湍流传输时的光强分布、均方根束宽和桶中功率（Power in the bucket,PIB）解析表达式,针对不同影响因子下的变化情况进行了分析。2.根据非Kolmogorov大气湍流谱模型,推导了径向分布部分相干GSM阵列光束在非Kolmogorov大气湍流中传输时经相干和非相干合成后瑞利区间和湍流距离的解析表达式,并数值分析了其随湍流参量和光束参量的变化情况。3.根据广义Huygens-Fresnel原理和修正von Karman谱模型,推导了径向分布高斯阵列光束经非相干合成后在大气湍流中传输时的光强分布解析表达式,研究了阵列光束自耦合特性随传输距离和径向分布半径的变化情况,并对完全相干和不同参数的部分相干阵列光束在大气湍流中的光斑变化进行了实际测量。实验结果表明:部分相干和完全相干阵列光束在大气传输过程中,当到达某一距离时能合成一束,且完全相干比部分相干阵列光束的自耦合特性要好,但光强值更小;相同传输条件下,部分相干阵列光束的相干长度、湍流内尺度越小或大气折射率结构常数越大,阵列光束的自耦合特性越好,但光强值越小;湍流外尺度对光强分布和自耦合特性的影响很小,可以忽略;相同传输条件下,径向分布半径越小,阵列光束的自耦合特性越好。
二、一种产生平顶光束的新方法:厄米-高斯光束的合成（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、一种产生平顶光束的新方法:厄米-高斯光束的合成（论文提纲范文）
（1）特殊关联结构光束构建、传输及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 部分相干光的研究进展 |
| 1.3 部分相干光与介质线性相互作用的研究进展 |
| 1.3.1 部分相干光束在大气湍流中传输的研究进展 |
| 1.3.2 光束在单轴晶体中沿着垂直于光轴方向传输的研究进展 |
| 1.4 部分相干光与晶体非线性相互作用的研究进展 |
| 1.4.1 线性方法 |
| 1.4.2 非线性光子晶体结构 |
| 1.4.3 波前调控方法 |
| 1.5 本论文研究内容及章节安排 |
| 第二章 基础理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 部分相干光束表征 |
| 2.2.1 标量部分相干光束表征 |
| 2.2.2 矢量部分相干光束表征 |
| 2.3 光束传输理论 |
| 2.3.1 光波传输的基本方程 |
| 2.3.2 菲涅尔-基尔霍夫衍射积分 |
| 2.3.3 柯林斯公式 |
| 2.4 部分相干光束的传输理论 |
| 2.4.1 部分相干光经傍轴光学系统的传输 |
| 2.4.2 部分相干光在随机介质中的传输 |
| 2.4.3 光束在单轴晶体中沿垂直光轴方向传输理论 |
| 2.4.4 非线性介质中的光束传输理论 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 特殊关联结构光束的构建及光源面特性分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 部分相干光束的理论构建 |
| 3.2.1 均匀关联结构部分相干光构建 |
| 3.2.2 非均匀关联结构部分相干光的构建 |
| 3.2.3 携带相位的部分相干光束的构建 |
| 3.3 扭曲厄米高斯谢尔模光束的构建及光源面特性 |
| 3.3.1 扭曲厄米高斯谢尔模光束的构建 |
| 3.3.2 扭曲厄米高斯谢尔模光束在光源面的相干结构及光强分布 |
| 3.3.3 扭曲厄米高斯谢尔模光束在光源面的轨道角动量分布 |
| 3.4 共轭“双H”部分相干光束在光源面的相干结构及光强分布 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 特殊关联结构光束在自由空间和大气湍流中的传输特性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 特殊关联结构光束在自由空间中的传输特性 |
| 4.2.1 扭曲厄米高斯谢尔模光束在自由空间中的传输特性 |
| 4.2.2 共轭“双H”部分相干光束在自由空间中的传输特性 |
| 4.3 特殊关联结构光束在大气湍流中传输时的抗湍流特性 |
| 4.3.1 扭曲厄米高斯谢尔模光束在大气湍流中传输时的抗湍流特性 |
| 4.3.2 共轭“双H”部分相干光束在大气湍流中传输时的抗湍流特性 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 特殊关联结构光束在单轴晶体中的传输特性及应用 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 扭曲厄米高斯谢尔模光束在单轴晶体中沿垂直光轴方向传输特性 |
| 5.2.1 扭曲厄米高斯谢尔模光束在单轴晶体中传输的交叉谱密度 |
| 5.2.2 扭曲厄米高斯谢尔模光束在单轴晶体中传输时的光谱强度分布 |
| 5.2.3 扭曲厄米高斯谢尔模光束在单轴晶体中传输时的相干度分布 |
| 5.2.4 扭曲厄米高斯谢尔模光束在单轴晶体中传输的有效光斑宽度 |
| 5.3 应用矩形厄米非均匀关联光束测量单轴晶体的折射率 |
| 5.3.1 矩形厄米非均匀关联光束在单轴晶体中沿垂直光轴方向传输理论 |
| 5.3.2 矩形厄米非均匀关联光束在单轴晶体中传输时光强分布 |
| 5.3.3 利用矩形厄米非均匀关联光束自聚焦特性测量单轴晶体折射率 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 特殊关联结构光束在非线性晶体中的传输特性 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 非线性晶体中,传统关联部分相干光束产生二次谐波的特性 |
| 6.2.1 部分相干光束产生二次谐波的交叉谱密度 |
| 6.2.2 高斯谢尔模光束产生的二次谐波特性 |
| 6.2.3 扭曲高斯谢尔模光束产生的二次谐波特性 |
| 6.3 非线性晶体中,多高斯谢尔模光束为光源时二次谐波的直接产生 |
| 6.3.1 多高斯谢尔模光束基频光源 |
| 6.3.2 多高斯谢尔模光束产生的二次谐波的交叉谱密度 |
| 6.3.3 多高斯谢尔模光束产生的二次谐波的光强分布 |
| 6.3.4 多高斯谢尔模光束产生的二次谐波在焦平面上的光强分布 |
| 6.3.5 二次谐波的转换效率 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 本论文的创新点 |
| 7.3 拟进一步开展的工作 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（2）平顶光束无线光通信性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 无线光通信研究现状 |
| 1.2.2 平顶光束研究现状 |
| 1.3 本文的主要贡献与创新 |
| 1.4 本论文的结构安排 |
| 第二章 激光传输基础理论 |
| 2.1 平顶光束的光场模型 |
| 2.2 自由空间传输理论 |
| 2.2.1 远场衍射积分 |
| 2.2.2 远场衍射与傅里叶变换的关系 |
| 2.3 大气湍流传输理论 |
| 2.3.1 Kolmogorov湍流理论 |
| 2.3.2 Rytov微扰近似方法 |
| 2.3.3 Huygens-Fresnel相位近似法 |
| 2.4 跟瞄误差理论 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 自由空间中平顶光束无线光通信性能研究 |
| 3.1 自由空间中的性能建模 |
| 3.1.1 远场光强分布 |
| 3.1.2 接收功率及功率起伏概率密度函数 |
| 3.1.3 中断概率及平均误码率 |
| 3.2 自由空间中性能模型的解析式推导 |
| 3.2.1 光强分布的近似表达 |
| 3.2.2 接收孔径的近似构造 |
| 3.2.3 性能模型的解析式 |
| 3.3 自由空间中解析式的仿真验证 |
| 3.4 自由空间中性能结果的对比验证 |
| 3.4.1 远场光强分布 |
| 3.4.2 接收功率及功率起伏概率密度函数 |
| 3.4.3 中断概率及平均误码率 |
| 3.4.4 同等发射功率下的平均误码率 |
| 3.4.5 性能优化的最优束宽讨论 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 大气湍流下平顶光束无线光通信性能研究 |
| 4.1 大气湍流下的性能建模 |
| 4.1.1 平均光强分布 |
| 4.1.2 平均接收功率 |
| 4.1.3 功率起伏概率密度函数 |
| 4.1.4 中断概率及平均误码率 |
| 4.2 大气湍流下相位屏仿真环境构建 |
| 4.3 大气湍流下解析式的仿真验证 |
| 4.4 大气湍流下性能结果的对比验证 |
| 4.4.1 平均光强分布 |
| 4.4.2 平均接收功率 |
| 4.4.3 功率起伏概率密度函数 |
| 4.4.4 中断概率及平均误码率 |
| 4.4.5 性能优化的最优束宽讨论 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 全文总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（3）多波长涡旋光纤激光器（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 光学滴旋 |
| 1.1 矢量涡旋光束—CV光束 |
| 1.1.1 自由空间中CV光束的数学表达 |
| 1.1.2 CV光束的聚焦性质与应用 |
| 1.1.3 CV光束在空间中的产生 |
| 1.2 相位涡旋光束—OAM光束 |
| 1.2.1 自由空间中OAM光束的数学表达 |
| 1.2.2 OAM光束的性质与应用 |
| 1.2.3 OAM光束在空间中的产生 |
| 1.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第2章 光纤中的涡旋光束 |
| 2.1 光纤模式理论 |
| 2.2 光纤中的涡旋模式 |
| 2.2.1 光纤中的CV模式 |
| 2.2.2 光纤中的OAM模式 |
| 2.3 涡旋光束在光纤中的产生 |
| 2.3.1 光纤的非对称耦合结构 |
| 2.3.2 少模长周期光纤光栅 |
| 2.3.3 模式选择耦合器 |
| 2.3.4 全少模腔结构 |
| 2.4 涡旋模式转换器 |
| 2.4.1 角向偏振模式选择器 |
| 2.4.2 高阶OAM模式转换器 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第3章 基于级联布里渊散射的多波长OAM光纤激光器 |
| 3.1 多波长OAM光束的产生研究现状 |
| 3.2 多波长光纤激光器 |
| 3.2.1 基于液氮冷却 |
| 3.2.2 基于半导体光放大器 |
| 3.2.3 基于频移器 |
| 3.2.4 基于强度相关损耗机制 |
| 3.2.5 基于非线性效应 |
| 3.3 基于级联布里渊散射的多波长OAM光纤激光器 |
| 3.3.1 激光器结构与原理 |
| 3.3.2 实验结果与讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第4章 中心波长及间隔可调的多波长CV光纤激光器 |
| 4.1 多波长CV光束的产生研究现状 |
| 4.2 中心波长及间隔可调的多波长CV光纤激光器 |
| 4.2.1 激光器结构与原理 |
| 4.2.2 实验结果与讨论 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第5章 产生CV光束的光纤随机激光器 |
| 5.1 随机激光器 |
| 5.1.1 随机激光器简介 |
| 5.1.2 随机激光器的应用 |
| 5.1.3 随机激光器的分类 |
| 5.1.4 光纤随机激光器 |
| 5.2 多模光纤随机激光器的研究现状 |
| 5.3 产生CV光束的光纤随机激光器 |
| 5.3.1 激光器结构与原理 |
| 5.3.2 实验结果与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
| 致谢 |
（4）部分相干涡旋光束的传输特性及辐射力研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 部分相干涡旋光束研究背景 |
| 1.2.1 涡旋光束 |
| 1.2.2 部分相干光 |
| 1.3 部分相干涡旋光束国内外研究现状 |
| 1.3.1 部分相干涡旋光束产生方法 |
| 1.3.2 部分相干涡旋光束传输特性 |
| 1.3.3 部分相干涡旋光束拓扑荷数测量 |
| 1.3.4 部分相干涡旋光束在光镊技术中应用 |
| 1.4 本文主要贡献与创新 |
| 1.5 本文结构安排 |
| 第二章 部分相干涡旋光束及辐射力基础理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 部分相干光束基本概念 |
| 2.3 光束在空间中传输理论 |
| 2.3.1 矩阵光学 |
| 2.3.2 经典标量衍射理论 |
| 2.3.3 柯林斯公式 |
| 2.4 部分相干涡旋光束传输理论 |
| 2.5 光镊技术理论 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 部分相干涡旋光束在梯度折射率介质中传输特性 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 部分相干修正贝塞尔高斯光束在梯度折射率介质传输模型 |
| 3.2.1 部分相干修正贝塞尔高斯光束远场交叉谱密度函数 |
| 3.2.2 梯度折射率介质ABCD理论模型 |
| 3.3 仿真与讨论 |
| 3.3.1 光束在梯度折射率介质中传输特性 |
| 3.3.2 拓扑荷数对光束传输特性影响 |
| 3.3.3 相干参数及梯度折射率因子对传输特性影响 |
| 3.3.4 离轴涡旋状态对传输特性影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 部分相干涡旋光束拓扑荷数测量 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 部分相干复宗量拉盖尔高斯光束交叉谱密度函数理论推导 |
| 4.3 数值模拟 |
| 4.3.1 部分相干复宗量拉盖尔高斯光束传输中光强分布 |
| 4.3.2 部分相干复宗量拉盖尔高斯光束远场处复相干度分布 |
| 4.3.3 不同光束参数对远场复相干度分布影响 |
| 4.3.4 不同光束参数对交叉关联函数分布影响 |
| 4.4 部分相干复宗量拉盖尔高斯光束实验产生与复相干度测量 |
| 4.4.1 部分相干复宗量拉盖尔高斯光束实验产生 |
| 4.4.2 复相干度测量 |
| 4.5 部分相干复宗量拉盖尔高斯光束关联结构的相位分布 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 部分相干涡旋光束对介质瑞利粒子辐射力 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 部分相干反常涡旋光束聚焦光强理论推导 |
| 5.3 部分相干反常涡旋光束远场光强分布特性 |
| 5.3.1 光束参数对部分相干反常涡旋光束光强分布影响 |
| 5.3.2 焦平面附近部分相干反常涡旋光束光强演化 |
| 5.4 聚焦部分相干反常涡旋光束对介质瑞利粒子辐射力 |
| 5.4.1 焦平面处部分相干反常涡旋光束对高折射率粒子辐射力 |
| 5.4.2 焦平面附近部分相干反常涡旋光束对低折射率粒子辐射力 |
| 5.5 捕获稳定性分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 紧聚焦部分相干涡旋光束对金属瑞利粒子辐射力 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 部分相干圆偏振反常涡旋光束紧聚焦电场模型 |
| 6.3 数值仿真 |
| 6.3.1 光学参数及自旋方向对紧聚焦光强分布影响 |
| 6.3.2 相干长度及数值孔径对紧聚焦光强分布影响 |
| 6.4 紧聚焦部分相干圆偏振反常涡旋光束对金属瑞利粒子辐射力 |
| 6.4.1 不同光学参数下紧聚焦光束对金瑞利粒子辐射力影响 |
| 6.4.2 稳定捕获条件 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 论文主要工作总结 |
| 7.2 前景展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（5）克尔效应对厄米-高斯光束传输特性的影响（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 引言 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 厄米-高斯光束克尔效应研究现状 |
| 1.2.2 非均匀大气克尔自聚焦效应研究现状 |
| 1.3 研究内容及各章节安排 |
| 2 基础理论 |
| 2.1 光克尔效应的基础理论 |
| 2.2 非线性薛定谔方程的求解 |
| 2.2.1 解析求解 |
| 2.2.2 数值求解 |
| 2.3 厄米-高斯光束 |
| 3 克尔效应对厄米-高斯光束传输特性影响的研究 |
| 3.1 束宽和曲率半径的解析公式和传输特性 |
| 3.2 瑞利长度 |
| 3.3 M~2因子 |
| 3.4 ABCD定律 |
| 3.5 克尔非线性特性 |
| 3.6 本章结论 |
| 4 非均匀大气中克尔自聚焦效应对厄米-高斯光束传输特性的影响 |
| 4.1 理论模型和解析公式 |
| 4.2 束宽公式修正 |
| 4.3 M~2因子 |
| 4.4 H-G光束光强分布和相位校正 |
| 4.5 本章结论 |
| 5 主要结论及创新点 |
| 5.1 主要结论 |
| 5.2 主要创新点 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在校期间科研成果 |
（6）光纤波导中矢量光场的数值模拟及产生（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 涡旋光概述 |
| 1.1.1 轨道角动量光束及柱矢量光束的数学描述 |
| 1.1.2 轨道角动量光束的光子轨道角动量 |
| 1.1.3 柱矢量光的聚焦特性 |
| 1.2 轨道角动量光束的应用 |
| 1.2.1 粒子操纵 |
| 1.2.2 光通信 |
| 1.3 柱矢量光束的应用 |
| 1.3.1 表面等离子体激发 |
| 1.3.2 金属精密加工 |
| 1.3.3 粒子捕获 |
| 1.4 涡旋光束的产生 |
| 1.4.1 空间光器件 |
| 1.4.2 利用光纤产生 |
| 1.5 涡旋光束的检测 |
| 1.5.1 轨道角动量光束的检测 |
| 1.5.2 柱矢量光束的检测 |
| 1.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第二章 光纤模式理论与光纤模式选择器件 |
| 2.1 光纤模式理论 |
| 2.1.1 柱坐标系下光纤的模式理论 |
| 2.1.2 光纤中的矢量模式 |
| 2.1.3 光纤中的标量模式 |
| 2.1.4 光纤中的轨道角动量模式 |
| 2.1.5 数值求解光纤模式的几种方法 |
| 2.1.6 耦合模理论及方程 |
| 2.2 光纤光栅 |
| 2.2.1 光纤光栅的制作方法 |
| 2.2.2 光纤布拉格光栅 |
| 2.2.3 长周期光纤光栅 |
| 2.3 模式选择耦合器 |
| 2.3.1 模式选择耦合器的制作方法 |
| 2.3.2 模式选择耦合器的耦合理论 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 光纤中轨道角动量光的产生 |
| 3.1 光纤激光器简介 |
| 3.2 OAM光纤激光器研究现状 |
| 3.3 直腔结构轨道角动量光激光器 |
| 3.3.1 模式纯度的计算 |
| 3.3.2 实验结果及讨论 |
| 3.4 旋光光纤实现轨道角动量模式 |
| 3.4.1 旋光现象及其理论解释 |
| 3.4.2 旋光光纤中的轨道角动量模式 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 基于长周期光栅的宽谱锁模柱矢量光激光器 |
| 4.1 锁模激光器 |
| 4.1.1 锁模原理介绍 |
| 4.1.2 脉冲柱矢量激光器研究现状 |
| 4.2 宽谱锁模柱矢量光激光器 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 1.0μm柱矢量模式的色散管理光纤 |
| 5.1 超快光纤激光器简介 |
| 5.2 色散对光纤中脉冲传输的影响 |
| 5.3 1.0μm色散管理光纤研究现状 |
| 5.4 1.0μm柱矢量模式色散管理光纤设计 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 在读期间学术成果 |
| 致谢 |
（7）由传统涡旋到新型涡旋光束的产生、传输与探测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和现状 |
| 1.2 理论基础和研究方法 |
| 1.2.1 矩阵光学理论和广义衍射积分公式 |
| 1.2.2 傅里叶光学传输法 |
| 1.2.3 深度学习与图像识别 |
| 1.3 涡旋光调控实验方法 |
| 参考文献 |
| 第二章 涡旋光束轨道角动量的探测方法研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 涡旋光束轨道角动量的新型探测方法 |
| 2.2.1 理论分析 |
| 2.2.2 实验验证和讨论 |
| 2.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 拉盖尔高斯光束和厄米高斯光束的新型模式转换器 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 拉盖尔高斯光束和厄米高斯光束的新型模式转换器 |
| 3.2.1 理论分析 |
| 3.2.2 实验验证和讨论 |
| 3.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 新型幂指数次方涡旋光束的传输及其轨道角动量特性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 新型幂指数次方涡旋光束的传输及其轨道角动量特性 |
| 4.2.1 理论分析 |
| 4.2.2 实验验证和讨论 |
| 4.2.3 新型幂指数次方涡旋光束的轨道角动量特性 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 基于深度学习算法对新型涡旋光束特征参量的探测 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 神经网络原理与卷积神经网络 |
| 5.3 新型幂指数次方涡旋光束特征参量的探测 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结 |
| 6.1 主要结论及创新点 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 攻博期间主要研究成果 |
| 致谢 |
（8）时域与空域部分相干光束调控、统计及应用（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 部分相干光束的研究背景 |
| 1.3 脉冲在光纤传输中的基本知识 |
| 1.4 本论文的框架和创新点 |
| 参考文献 |
| 第二章 基本理论知识及方法介绍 |
| 2.1 部分相干光束的基本知识 |
| 2.2 标准分步傅里叶方法介绍 |
| 2.3 空域与时域随机复数屏介绍 |
| 2.4 空域与时域模式分解法介绍 |
| 参考文献 |
| 第三章 空域部分相干光束的产生与传输研究 |
| 3.1 矢量部分相干激光器设计 |
| 3.2 标量部分相干光束的产生与传输 |
| 3.2.1 标准和完美高阶拉盖尔-高斯关联谢尔模光束 |
| 3.2.2 光强和相干度为非高斯分布的部分相干谢尔模光束 |
| 3.2.3 非高斯分布的相干阵列谢尔模光束 |
| 3.3 矢量部分相干光束的产生与传输 |
| 参考文献 |
| 第四章 空域部分相干光束的应用 |
| 4.1 涡旋光束模式指数检测 |
| 4.2 阵列光束可调光学系统 |
| 4.3 照明成像分辨率提高 |
| 参考文献 |
| 第五章 时域部分相干脉冲在非线性光纤放大器中的统计特性研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 理论基础 |
| 5.3 数值仿真结果 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 总结 |
| 展望 |
| 攻读博士学位期间公开发表的论文及科研成果 |
| 主持的科研项目 |
| 获奖情况 |
| 致谢 |
（9）涡旋光束光场模式的测量和分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 涡旋光束的研究背景 |
| 1.2 涡旋光束研究的发展和现状 |
| 1.2.1 涡旋光束的发展 |
| 1.2.2 国内外研究现状 |
| 1.3 涡旋光束的应用 |
| 1.3.1 光镊技术 |
| 1.3.2 光学扳手 |
| 1.3.3 光通信 |
| 1.4 本论文的研究内容 |
| 第二章 涡旋光束理论基础 |
| 2.1 涡旋光束的基本概念 |
| 2.1.1 涡旋光束的角动量 |
| 2.1.2 涡旋光束的相位 |
| 2.2 常见的涡旋光束 |
| 2.2.1 拉盖尔高斯光束 |
| 2.2.2 贝塞尔高斯涡旋光束 |
| 2.2.3 厄米高斯涡旋光束 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 涡旋光束的制备 |
| 3.1 光学涡旋的几种合成方法 |
| 3.1.1 螺旋相位板法 |
| 3.1.2 光纤耦合转换法 |
| 3.1.3 模式转换法 |
| 3.1.4 计算机全息法 |
| 3.2 利用空间光调制器产生涡旋光束 |
| 3.2.1 液晶空间光调制器结构与原理 |
| 3.2.2 利用空间光调制器产生涡旋光束的实验 |
| 3.2.3 检验涡旋光束的实验 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 涡旋光模式的测量和分析 |
| 4.1 涡旋光全息图的对比和选择 |
| 4.2 涡旋光模式的分解和重构 |
| 4.2.1 模式分解理论 |
| 4.2.2 实验装置介绍 |
| 4.2.3 实验结果及分析 |
| 4.3 轨道角动量密度的测量 |
| 4.4 可控的轨道角动量滤波器 |
| 4.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的学术成果 |
| 致谢 |
（10）FSO系统中阵列光束在大气湍流中的传输特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 大气湍流中激光传输研究现状 |
| 1.3 部分相干光传输研究现状 |
| 1.4 阵列光束传输特性的研究现状 |
| 1.5 论文结构 |
| 2 大气湍流中光传播理论和方法 |
| 2.1 大气湍流的基本理论 |
| 2.1.1 湍流的形成 |
| 2.1.2 大气折射率结构常数 |
| 2.1.3 大气湍流模型 |
| 2.2 激光传输特性的研究方法 |
| 2.2.1 Rytov方法 |
| 2.2.2 广义Huygens-Fresnel原理 |
| 2.3 光束质量的评价因子 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 大气湍流中部分相干GSM阵列光束传输特性 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 部分相干GSM阵列光束的光强分布 |
| 3.2.1 传输距离的影响 |
| 3.2.2 光束圆心位置的影响 |
| 3.2.3 相干长度和大气折射率结构常数的影响 |
| 3.2.4 湍流内外尺度的影响 |
| 3.3 部分相干GSM阵列光束的光束扩展 |
| 3.3.1 束腰半径的影响 |
| 3.3.2 相干长度和大气折射率结构常数的影响 |
| 3.3.3 湍流内外尺度的影响 |
| 3.4 部分相干GSM阵列光束的桶中功率 |
| 3.4.1 光束圆心位置和大气折射率结构常数的影响 |
| 3.4.2 相干长度和桶半径的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 非Kolmogorov大气湍流中径向分布部分相干GSM阵列光束扩展 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 径向分布部分相干GSM阵列光束束宽 |
| 4.3 径向分布部分相干GSM阵列光束瑞利区间 |
| 4.3.1 湍流广义指数的影响 |
| 4.3.2 径向分布半径和光束相干参数的影响 |
| 4.3.3 大气折射率结构常数和束腰半径的影响 |
| 4.3.4 湍流内外尺度的影响 |
| 4.3.5 波长和子光束数目的影响 |
| 4.4 径向分布部分相干GSM阵列光束湍流距离 |
| 4.4.1 湍流广义指数的影响 |
| 4.4.2 光束波长和相干参数的影响 |
| 4.4.3 光束相干参数对湍流距离和瑞利区间之比的影响 |
| 4.4.4 束腰半径对湍流距离和瑞利区间之比的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 大气湍流中径向分布高斯阵列光束自耦合特性 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 径向分布高斯阵列光束的自耦合特性 |
| 5.2.1 传输距离的影响 |
| 5.2.2 径向分布半径的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 实验及结果分析 |
| 6.1 实验原理及装置 |
| 6.1.1 实验原理 |
| 6.1.2 发射端实验装置 |
| 6.1.3 接收端测量装置 |
| 6.2 实验结果 |
| 6.2.1 完全相干阵列光束传输特性 |
| 6.2.2 部分相干与完全相干阵列光束传输特性 |
| 6.2.3 相干长度和大气折射率结构常数对部分相干阵列光束的影响 |
| 6.2.4 湍流内外尺度对部分相干阵列光束的影响 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 研究结论 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
四、一种产生平顶光束的新方法:厄米-高斯光束的合成（论文参考文献）
- [1]特殊关联结构光束构建、传输及应用[D]. 林蓉. 山东师范大学, 2021
- [2]平顶光束无线光通信性能研究[D]. 胡志蒙. 电子科技大学, 2021(01)
- [3]多波长涡旋光纤激光器[D]. 王敬好. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [4]部分相干涡旋光束的传输特性及辐射力研究[D]. 董淼. 电子科技大学, 2020(03)
- [5]克尔效应对厄米-高斯光束传输特性的影响[D]. 范小利. 四川师范大学, 2020(08)
- [6]光纤波导中矢量光场的数值模拟及产生[D]. 陶润夏. 中国科学技术大学, 2020
- [7]由传统涡旋到新型涡旋光束的产生、传输与探测研究[D]. 沈栋辉. 浙江大学, 2020(01)
- [8]时域与空域部分相干光束调控、统计及应用[D]. 梁春豪. 苏州大学, 2019(04)
- [9]涡旋光束光场模式的测量和分析[D]. 孙野. 广东工业大学, 2019(02)
- [10]FSO系统中阵列光束在大气湍流中的传输特性研究[D]. 张雅. 西安理工大学, 2017(02)