光纖中渦旋光束的產(chǎn)生與調(diào)控研究.pdf

1、相位是光的重要特性之一，渦旋光束具有螺旋形波前結(jié)構(gòu)、光強(qiáng)呈環(huán)形分布、確定的軌道角動(dòng)量、存在著相位奇點(diǎn)等，其在光學(xué)信息傳輸、光學(xué)微操縱、顯微成像、激光微加工等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。目前光纖中渦旋光束的產(chǎn)生方式和傳輸特性的研究是渦旋光束很重要的研究方向之一，通常采用熱熔機(jī)械扭曲或應(yīng)力等加工手征光纖、光子晶體光纖等來產(chǎn)生渦旋光束，但這些方法只能制作長(zhǎng)周期螺旋光纖光柵，且它們的制作方法復(fù)雜、效率低下。本論文在前期工作的基礎(chǔ)上，提出采用紫外光單面

2、曝光技術(shù)，制得螺旋形光纖光柵的方案，此方案可以實(shí)現(xiàn)渦旋光束的產(chǎn)生以及它們軌道角動(dòng)量的調(diào)控。除此之外我們也提出了利用光纖模式耦合器產(chǎn)生渦旋光束的方法，并設(shè)計(jì)了一種新型的三芯結(jié)構(gòu)的光纖耦合器，系統(tǒng)分析了它的耦合特性。
　　本輪文主要研究?jī)?nèi)容有下列幾點(diǎn):
　　1.基于螺旋光纖光柵，高階渦旋光束產(chǎn)生和調(diào)控的研究。利用單面刻寫光纖光柵的技術(shù)，我們提出了刻寫螺旋光纖光柵的方案。系統(tǒng)分析了螺旋光纖光柵的耦合特性，并研究了利用螺旋光纖光柵產(chǎn)

3、生高階渦旋光束，模擬了以下渦旋光束軌道角量子數(shù)的轉(zhuǎn)換:0→±1，±1→0，0→±2，0→±3，其最大耦合效率達(dá)到97％。我們證明了通過增加光纖中的模式數(shù)，螺旋光纖光柵可以產(chǎn)生更高階的渦旋光束。除此之外我們還研究了螺旋光纖光柵的耦合特性跟光纖的材料吸收因子、最大折射率調(diào)制深度和光纖光柵長(zhǎng)度的關(guān)系。
　　2.在螺旋光纖光柵刻寫的基礎(chǔ)上，我們提出了正交錯(cuò)位刻寫光纖光柵的方案，這大大減小了螺旋光纖光柵刻寫的難度，此方法可以直接利用目前的掩

4、模板刻寫技術(shù)。接著我們模擬了此正交錯(cuò)位刻寫的光纖光柵可以產(chǎn)生±1階的渦旋光束。并研究了此正交錯(cuò)位光纖光柵在非正交及錯(cuò)位有一定誤差的情況下產(chǎn)生渦旋光的情況，發(fā)現(xiàn)也能夠產(chǎn)生一定的渦旋光束。
　　3.系統(tǒng)研究分析了目前常用的光纖耦合器的耦合特性，并設(shè)計(jì)了一種新型的三芯結(jié)構(gòu)的光纖融耦合器，利用此耦合器可以產(chǎn)生渦旋光束。并以0→±1和0→±3渦旋光束的產(chǎn)生為例，設(shè)計(jì)了兩種光纖耦合器，此耦合器除能夠產(chǎn)生渦旋光束外，光場(chǎng)的偏振形式也能夠得到控制

5、。在理論分析的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)上搭建了兩個(gè)雙芯耦合器并聯(lián)產(chǎn)生渦旋光的裝置，并取得了一定的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果跟理論模擬一致。
　　本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn):
　　1.研究了單面刻寫光纖光柵過程中，光纖中模場(chǎng)的分布情況跟光纖刻寫方向間的關(guān)系，系統(tǒng)分析了光纖橫向折射率非對(duì)稱光纖光柵的耦合特性跟光纖材料吸收因子、最大折射率調(diào)制量以及光纖光柵飽和長(zhǎng)度間的關(guān)系。再次基礎(chǔ)上提出了一種螺旋刻寫光纖光柵的方案，并且模擬了利用螺旋光纖光柵能夠產(chǎn)生高階渦旋光束

6、。
　　2.在螺旋刻寫光纖光柵的基礎(chǔ)上，提出了正交錯(cuò)位刻寫光纖光柵的方案，并模擬了渦旋數(shù)是1和-1的渦旋光束的產(chǎn)生。在此基礎(chǔ)上分析了正交錯(cuò)位光纖光柵的耦合特性，并研究了正交錯(cuò)位光纖光柵在非正交及錯(cuò)位有一定偏差的情況下，也能夠產(chǎn)生一定的渦旋光束，表面此正交錯(cuò)位光纖光柵具有較強(qiáng)的適用性。
　　3.研究了少模光纖耦合器的耦合特性，設(shè)計(jì)了一種新型的三芯結(jié)構(gòu)的光纖耦合器，利用此耦合器我們能夠產(chǎn)生高階渦旋光束，并分別模擬了0→±1和0→