空间光孤子传输特性研究和用于神光装置的束匀滑器件的应用特性分析及测试

摘要

本论文是在国家自然科学基余项目和军口863-804重大专项的支持下开展工作的，论文主要由两个部分组成：第1部分空间光孤子传输特性研究；第Ⅱ部分用于神光装置的束匀滑器件的应用特性研究及测试。 第一部分的研究内容和成果包括以下三个方面： 一．根据非线性薛定谔方程对寄居于高斯背景光中的两个光学涡流在传输过程中的相互作用做理论分析。然后利用分步付罩叶方法对其进行数值模拟，结果发现：当拓扑指数相同时，涡流在横向平面内沿y方向匀速运动；而拓扑指数相反时，涡流间的相互作用使得整个光场产生类似于对称破缺的不稳定性，原有的螺旋位相消失，并产生一个新的位错一边位错。在此过程中整个光场的能量分佃发生改变，但拓扑指数守恒。由于线性介质衍射效应较强，涡流在传播一定距离后衍射效应将会变得很明显。 二．没计了一种由计算机产生的全息光栅。用全息干板和喷墨透明胶片制作的这种全息光栅。通过这种全息光栅在实验上产生了拓扑数从一阶到高阶的Laguerre-Gaussian模，同时观察到高阶模的空间不稳定特性。并且详细讨论了光栅制作过程中的各种控制参数如曝光时间及强度对光栅衍射效率的影响。最后我们提出了“分数阶螺旋位相片”的概念，用以产生光子轨道角动量的叠加念。它在未来的光学捕获、量子信息处理领域内都具有潜在应用价值。 三．设计并制作了可以产生带有相反拓扑指数Laguerre-Gaussian模的全息光栅，并通过实验研究了带有相反拓扑指数的Laguerre-Gaussian模间的相互作用。我们发现含有相反拓扑指数的两个LG模在传播过程中其光场发生变化，观察到随着传播距离的增加，两个LG模的中心位相奇点会逐渐连成为一个弧形暗线形状。在实验上验证了带有相反拓扑指数的光学涡流中的螺旋位错在传播过程中会演变为边位错这一理论结果。 第Ⅱ部分的研究内容和结果包括以下两个方面： 一．在解决光场“均匀照明”问题方面，通过对系统模型的分析，我们将优化因素融入迭代方法的框架内，提出分步迭代算法，从而解决时间和精度的矛盾。二．分析用于均匀照明的多台阶束匀滑器件的应用特性问题，用计算机模拟具有加工工艺误差和非同轴、离焦对靶场均匀性的影响，重点分析模拟了由于加工工艺的误差对靶场均匀性的影响，并且通过实验证明了多台阶束匀滑器件具有较大的适应性，可以满足工程应用的要求。 本论文的创新点： 一．利用计算全息方法设计可以产生Laguerre-Gaussian模的全息光栅。分别用两种记录介质-全息干板和喷墨透明胶片-制作了全息光栅。通过这种全息光栅，实验上产生拓扑数从一阶到高阶的Laguerre-Gaussian模，同时观察到高阶模的空间不稳定特性。我们还详细讨论光栅制作过程中的各种控制参数如曝光时间及强度对光栅衍射效率的影响。 二．实验研究带有相反拓扑指数的Laguerre-Gaussian模间的相互作用，发现含有相反拓扑指数的两个Laguerre-Gaussian模在传播过程中其光场发生变化，观察到随着传播距离的增加，两个Laguerre-Gaussian模的中心位相奇点会逐渐连成为一个弧形暗线形状。在实验上验证了带有相反拓扑指数的光学涡流中的螺旋位错在传播过程中会演变为边位错这一理论结果。 三．研究多台阶束匀滑器件在实际系统中的应用特性问题。模拟由于加工工艺引起的随机误差、系统非同轴以及离焦对均匀照明的影响。通过模拟分析可知，多台阶束匀滑器件具有较好的应用特性，为实际工程检测提供了有意义的指导。

目录

文摘

英文文摘

中国科学技术大学学位论文相关声明

第Ⅰ部分空间光孤子传输特性研究

第一章光孤子简介

1.1孤子研究简史

1.2光孤子的分类

1.3空间光孤子研究的最新进展

1.4光子的轨道角动量

1.5第Ⅰ部分的研究内容和目的

参考文献

第二章光学涡流间的相互作用

2.1光学涡流及涡流孤子简介

2.2理论分析

2.3涡流传输数值模拟

2.4本章小结

参考文献

第三章Laguerre-Gaussian模的产生

3.1 Laguerre-Gaussion光束的研究背景

3.2 Laguerre-Gaussion光束的实验产生方法

3.3计算全息法制备LG模

3.4光子轨道角动量的叠加态的产生

3.5本章小结

参考文献

第四章相反拓扑指数的LG模间相互作用

4.1研究背景

4.2理论分析和数值模拟

4.3全息光栅的制作

4.4实验结果和分析

4.5本章小结

参考文献

第Ⅱ部分用于神光装置上的束匀滑器件的应用研究及测试

第五章用于神光装置的束匀滑器件的设计原理和方法

5.1衍射光学元件发展史

5.2应用在神光装置中的束匀滑器件设计

5.3第Ⅱ部分的研究内容和目的

参考文献

第六章用于神光装置的束匀滑器件的应用特性分析和测试平台简介

6.1多台阶束匀滑器件应用特性分析

6.2实验测试平台简介

6.3多台阶束匀滑器件的测试结果

6.4本章小结

参考文献

第七章束匀滑器件的加工方法和测试

7.1束匀滑器件的常用加工方法

7.2离子束旋转刻蚀技术和测试

7.2离子束掩模套刻技术和测试

7.4本章小结

参考文献

总结与展望

攻读学位期间所做的工作

致谢