矢量橢圓空心光束的產(chǎn)生及其應用研究.pdf

1、矢量橢圓空心光束不僅具有一般空心光束的優(yōu)點，而且具有獨特的傳輸特性、偏振特性和分數(shù)的軌道角動量，在原子分子物理、原子分子光學、光學測量、光信息處理、生物光子學、生物醫(yī)學、納米科技、材料科學等領域都有廣闊的應用前景。隨著人們對光束角動量的認識，具有角動量的光束在光學鑷子、光學扳手、微機械馬達、納米科技、量子保密通信、光信息存儲等領域也有重要應用。而無衍射光束由于其傳輸不變性，一直是人們追求的熱點之一。本文致力于自聚焦矢量橢圓空心光束和無衍

2、射矢量橢圓空心光束的產(chǎn)生及其應用的理論研究。
　　 首先，我們基于麥克斯韋方程的矢量模型，采用馬提厄函數(shù)對橢圓介質空心光纖中傳輸?shù)牟糠謾E圓空心模式進行了詳細研究；我們的研究表明：橢圓空心光纖中可以傳輸一些橢圓空心模式，并且光纖中傳輸?shù)膯蝹€模式的平均光子角動量為零，而雙模傳輸可以獲得隨傳輸距離正弦變化的平均光子角動量。在此基礎上，我們利用橢圓空心光纖中傳輸?shù)膯文Ｑ苌漭敵?，產(chǎn)生了角動量為零的矢量橢圓空心光束；并利用橢圓空心光纖中的雙

3、模衍射輸出，產(chǎn)生了具有位置依賴的分數(shù)角動量的矢量橢圓空心光束。得到的兩種矢量橢圓空心光束都具有自聚焦效應，光束在穿過其自聚焦平面時，橢圓長軸和短軸將發(fā)生交換。此外，兩種矢量橢圓空心光束都具有位置依賴的任意偏振態(tài)。
　　 接著，我們提出了一種采用雙模傳輸?shù)臋E圓空心光纖和圓錐形透鏡構成的光學系統(tǒng)來產(chǎn)生矢量的準馬提厄空心光束的新方案。我們成功得到了一束在長達1m的傳輸距離內(nèi)近似無衍射的橢圓空心光束，并且證明了這種光束是一種矢量準馬提厄

4、空心光束。研究表明：產(chǎn)生的矢量準馬提厄空心光束在1.2～2.2m的區(qū)域內(nèi)具有傳輸不變的光強分布(即無衍射特性)和隨傳輸距離周期性旋轉的徑向依賴的偏振態(tài)，并且在此區(qū)域內(nèi)光束中心的橢圓環(huán)具有傳輸不變的分數(shù)軌道角動量。此外，我們通過數(shù)值擬合，給出了描述矢量準馬提厄空心光束在自由空間的光強分布和軌道角動量分布的簡單表達式。
　　 最后，本文還對產(chǎn)生的矢量橢圓空心光束在原子分子光學中的應用進行了理論研究。我們首先討論了產(chǎn)生的自聚焦矢量橢圓

5、空心光束在原子透鏡中的應用，計算了激光失諧量和原子束的初始速率對原子透鏡像差的影響。當失諧量為70GHz，原子束的初始速率為28m/s時，總的像差達到最小，為26.2nm，遠低于光波的衍射極限。并且我們產(chǎn)生的矢量橢圓空心光束在自聚焦過程中始終保持中心光強為零，十分適合于用作高分辨的原子透鏡。此外，藍失諧的矢量準馬提厄空心光束在導引冷原子或冷分子的同時，可以實現(xiàn)對冷原子或者冷分子的旋轉操控。85Rb原子在矢量準馬提厄空心光束中運動的平均旋