高质量光学涡旋阵列的实验研究

将光学涡旋与计算全息技术相结合,提出一种高质量光学涡旋阵列的产生方法.从理论上研究了光学涡旋阵列的形成和分布特征,并模拟仿真产生涡旋光束阵列.基于面向目标的共轭对称延拓傅里叶计算全息方法编码生成光学涡旋阵列的全息图,利用单个反射式空间光调制器光电再现了与理论一致的光学涡旋阵列,并通过马赫-增德尔干涉法对生成的光学涡旋阵列进行验证.产生的高质量光学涡旋阵列提供了更复杂的结构分布和更多的可控参量,且实验光路易实现.研究结果在光学微操控、光通信等领域具有潜在应用价值.     

叉形光栅法产生分数阶涡旋光的实验探究

衍射和光栅是基础光学课程和光学实验的重要内容，在传统光学技术和前沿科学研究中有重要的作用和应用。文章以分数阶涡旋光为研究对象，利用空间光调制器设计了基于叉形光栅的衍射效应产生分数阶涡旋光的实验，编写了分数阶叉形光栅的计算机程序，实验上产生和观测了分数阶涡旋光，分析了分数阶涡旋光的特点和强度分布。通过本实验，学生进一步加深了对衍射和光栅特性的理解，激发了对光学前沿研究和探索的兴趣，拓展了学生的专业知识，提升了对光学研究和光场调控的创新意识。     

平面涡旋光干涉的分析

光学涡旋具有独特的相位奇点和螺旋相位结构, 多个涡旋光场之间的干涉呈现出新颖的强度和相位分布特征.通过在平面波背景中嵌入涡旋相位产生平面涡旋光场, 采用数值模拟方法研究了多个平面涡旋光场之间的干涉, 并分析了两个平面涡旋光场的中心间距及拓扑荷值对涡旋产生和湮灭的影响.进一步数值研究了对称分布的多个点涡旋光之间的干涉, 结果表明通过改变涡旋光束数目或者拓扑荷值, 可获得不同分布的对称涡旋阵列光场.利用计算全息并通过空间光调制器, 实验上实现了具有不同拓扑荷值的多个对称点涡旋光场的干涉, 其干涉图样与模拟结果吻合.实验结果不仅证实了数值模拟结果, 也为实验研究复杂涡旋光场的干涉提供了一种有效方法.     

拓扑荷数对拉盖尔-高斯涡旋光浑浊水下传输的影响EI北大核心CSCD

以高斯光作为参考光,实验研究了携带不同拓扑荷数的拉盖尔-高斯(LG)涡旋光在浑浊水下的传输行为。结果表明,水体较浑浊(衰减长度不大于0.118m)时,拓扑荷数较大的LG光束具有更强的水下传输能力;对于透射光束的能量密度分布而言,传输距离决定最佳拓扑荷数,与水体浑浊程度无关。该实验方法和测量结果对LG涡旋光在水下光通信和水下目标探测等领域的应用具有潜在的指导意义和工程价值。     

拓扑荷数对拉盖尔-高斯涡旋光浑浊水下传输的影响

以高斯光作为参考光,实验研究了携带不同拓扑荷数的拉盖尔-高斯(LG)涡旋光在浑浊水下的传输行为。结果表明,水体较浑浊(衰减长度不大于0.118m)时,拓扑荷数较大的LG光束具有更强的水下传输能力;对于透射光束的能量密度分布而言,传输距离决定最佳拓扑荷数,与水体浑浊程度无关。该实验方法和测量结果对LG涡旋光在水下光通信和水下目标探测等领域的应用具有潜在的指导意义和工程价值。     

高质量高效率高稳定性参量放大光产生的研究

针对光参量放大实验中存在的参量转换效率低、输出光脉冲形状畸变和输出稳定性差等问题进行了详细研究，对注入信号光强、抽运光耗尽、增益饱和、和频过程等因素对参量过程的影响进行了详细分析讨论，并进行了光学参量放大的实验研究.理论和实验研究结果表明通过优化选择合适的注入信号光强、抽运光强和晶体长度等参数，使参量放大运行在深度增益饱和状态的稳定区，完全可以获得高质量高效率高稳定性的参量放大输出光. 关键词： 光参量放大 抽运光耗尽 增益饱和 稳定性     

非相对论Chern-Simons多涡旋解的拓扑结构(英文)

运用规范势分解理论研究了Jackiw Pi模型中的自对偶方程, 得到一个新的自对偶方程, 发现了Chern Simons多涡旋解与拓扑荷之间的联系。为了研究Jackiw Pi模型多涡旋解的拓扑性质, 构造了一个新的静态自对偶Chern Simons多涡旋解,每个涡旋由5个实参数描述。 2个实参量用来描述涡旋的位置, 2个实参量用来描述涡旋的尺度和相位, 还有一个实参量描述涡旋的荷。 为了研究拓扑数对涡旋形状的影响, 给出了具有不同拓扑数的多涡旋解。 另外还研究了该涡旋解的磁通量的拓扑量子化。     

非相对论Chern-Simons多涡旋解的拓扑结构

运用规范势分解理论研究了Jackiw-Pi模型中的自对偶方程,得到一个新的自对偶方程,发现了Chern-Simons多涡旋解与拓扑荷之间的联系。为了研究Jackiw-Pi模型多涡旋解的拓扑性质,构造了一个新的静态自对偶Chern-Simons多涡旋解,每个涡旋由5个实参数描述。2个实参量用来描述涡旋的位置,2个实参量用来描述涡旋的尺度和相位,还有一个实参量描述涡旋的荷。为了研究拓扑数对涡旋形状的影响,给出了具有不同拓扑数的多涡旋解。另外还研究了该涡旋解的磁通量的拓扑量子化。     

基于激光雷达回波的飞机尾涡参量提取

为了实现对飞机尾涡的有效监测,解决机场飞行安全与跑道容量受限的问题,提出了一种基于激光雷达回波的飞机尾涡参量提取算法.从尾涡的物理模型出发研究飞机尾涡的涡旋环量、径向速度分布等参量,对尾涡结构进行描述.依据尾涡参量的性质,给出了参量提取算法的设计流程,即对回波信号进行分解除噪等处理;通过选取门限确定正负速度包络,进而得到径向速度分布;利用径向速度分布反演得到涡核半径、涡核位置及涡旋环量等尾涡参量.最后以某型飞机的激光雷达探测实验数据为例进行了实例计算并与模型仿真结果进行对比,验证了该算法的有效性.     

强聚焦涡旋光束经过散射介质的实验研究

激光束经过大数值孔径透镜聚焦后,可以得到一个亚波长大小的聚焦光斑,能够用于显微技术、光刻和数据存储。通过实验的方法,研究了强聚焦的涡旋光与非涡旋光经过散射介质的透射率,并分析聚焦透镜数值孔径和涡旋光拓扑荷数对聚焦光透过散射介质能力的影响。实验结果显示:在相同的实验条件下,涡旋光的透射能力比非涡旋光更强;拓扑荷数越大,聚焦光透射能力越强;数值孔径越大,聚焦光的透射能力越强。     

非共线相位匹配的参量增益分析

对非共线Ⅱ类相位匹配的ＫＴＰ飞秒光学参量振荡器进行了分析和理论研究，用数值方法得出参量增益的变化曲线和参量光的光强分布，与共线相位匹配相比，非共线方案具有更高的参量增益，更好的光束质量，特别适合飞秒光学参量的振荡器。     

环形与平面光学涡旋共线叠加的复合涡旋

将环形与平面涡旋核重合并共线叠加,在多个直径上得到圆对称分布的复合涡旋,模拟计算结果表明,其强度也呈圆对称分布.对具有任意参量的上述叠加方式得到的复合涡旋,提出了一种求解共线叠加复合涡旋位置的图解方法,利用该方法可以得到准确的涡旋位置分布特性,且确定的涡旋位置与数值模拟结果一致.     

正弦高斯涡旋光束的远场传输特性

根据角谱法和稳相法,推导了正弦高斯涡旋光束TE波和TM波在远场传输和能流密度的解析表达式,研究了正弦高斯涡旋光束在远场中的相位奇点和能流密度分布.结果表明:正弦高斯涡旋光束的远场特性与高斯光束的束腰宽度、涡旋离轴量、坐标位置以及与正弦项相关的参量有关.在一定条件下,远场中会出现相位奇点和能流密度黑核;当控制参量改变时,相位奇点和黑核的位置会发生移动,但原点处不受影响.相位奇点和能流密度的对称性主要受涡旋离轴量影响,当涡旋离轴量为0时,相位奇点和能流密度分布关于原点对称;当涡旋离轴量改变时,相位奇点和能流密度分布呈现出非对称性.     

玻色-爱因斯坦凝聚中的非正则涡旋态及其动力学

玻色-爱因斯坦凝聚中由于非线性相互作用引起的涡旋激发态一直是超冷原子研究的热点.然而相关研究都集中在具有整数拓扑荷的正则涡旋态.本文研究了具有幂指数、新型幂指数和振荡型三种相位分布的非正则涡旋光与凝聚体相互作用而产生的非正则涡旋态凝聚体的动力学性质.研究表明非正则涡旋具有动力学不稳定性,其密度分布显著依赖于光场相位结构参数.不同非正则涡旋衰变形成具有不同分布的正则涡旋簇,展现出丰富的动力学激发斑图.特别是新型幂指数非正则涡旋态衰变后会在凝聚体内形成稳定的正多边形正则涡旋簇结构.由于非正则涡旋光的相位结构破坏了凝聚体的旋转对称性,凝聚体的角动量不再是量子化的,且其随光场方位角幂次或振荡频率的变化与相应的非正则涡旋光场自身演化具有明显差别.在动力学演化过程中,具有新型幂指数相位的非正则涡旋态凝聚体质心保持不变,而对于具有幂指数和振荡型相位的非正则涡旋态凝聚体,两者的质心轨迹是一个中心为坐标原点的非标准椭圆.     

基于高次谐波产生的极紫外偏振涡旋光

突破传统涡旋光场束缚,发展短波极紫外涡旋光场是实现阿秒脉冲偏振控制的有效途径.本研究利用自制的平场光栅光谱仪和超快时间保持的单色仪,以800 nm,35 fs高斯或具有偏振奇点的涡旋光脉冲驱动诱导氩原子产生高次谐波,分别获得相应的高次谐波光谱以及谐波谱单阶光源的分布.实验结果表明,基于高次谐波产生实现近红外波段的涡旋光束特性转移到极紫外波段,优化后的极紫外涡旋可以实现每秒108光子数输出.同时发现极紫外波段的涡旋场和高斯场高次谐波产生具有相似相位匹配机制.基于高次谐波产生的极紫外波段的偏振涡旋光为探究和操控原子分子量子态的含时演化动力学以及形成阿秒矢量光束提供了重要的方法和技术手段.     

角度调谐光参量振荡器的理论

推导、计算了晶体角度调谐光参量振荡器的信号光波长与调谐速率之间的关系曲线,并对信号光单谐振和空闲光单谐振两种情况进行了分析和比较,所得结果对获得高效、宽调谐光参量振荡器实验研究具有一定的指导意义。     

多环涡旋光束的实验研究

涡旋光束的产生、传输与应用是当前光学领域热门的研究课题之一.本文提出的新型多环涡旋光束,包括双环涡旋及三环涡旋光束,它是由多束携带不同拓扑电荷数且束腰半径不同的拉盖尔-高斯涡旋光束共轴叠加而成,其光强分布为多环结构.从理论上研究了多环涡旋光束的形成与分布特征,基于共轭对称延拓Fourier计算全息方法生成了多环涡旋光束的计算全息图,并利用一个空间光调制器实验产生了与理论一致的高质量的多环涡旋光束.研究表明多环涡旋光束的各环携带不同的轨道角动量,空间分布保持相互独立.这种新型的多环涡旋光束相对于携带单一拓扑电荷数的涡旋光束,提供了更多的控制参数和更加多样化的结构分布,因此在光学镊子、光学捕获等微操控以及光通信领域具有潜在的应用潜力.     

利用全息法在偶氮聚合物薄膜中记录涡旋光场

利用全息技术在偶氮聚合物薄膜中记录了拓扑荷数q=–1,1,2,4的涡旋光场,并将记录的原始叉形光栅与计算全息光栅进行对比,对不同拓扑荷数涡旋光的记录速率和偶氮材料的可重复擦写性能进行了测试;记录完成后,将复现涡旋光与高斯光束干涉,并与原始涡旋光和原始叉形光栅对比,分析了记录质量.实验结果表明:高阶涡旋光场的全息叉形光栅会在记录过程中发生劈裂,轻微劈裂的涡旋光束仍维持一个稳定的环状结构;全息记录过程中不同拓扑荷数的涡旋光束记录速率较为统一,偶氮材料可经过上百次的擦写而不出现疲劳;再现涡旋光与原始涡旋光在光强分布结构上保持高度一致,再现涡旋光的干涉条纹与原始涡旋全息光栅保持高度一致,涡旋光及其携带的拓扑荷信息可被有效记录和读取.     

涡旋光波前畸变校正实验研究

涡旋光在大气湍流中传输时会发生波前畸变,故需要进行波前校正。相比于传统的带有波前传感器的自适应光学校正系统,采用随机并行梯度下降算法的无波前传感器的自适应光学校正系统具有硬件实现简单、对光强闪烁等复杂环境的适应性好等优点。仿真结果表明:该系统对单模涡旋光和多模复用涡旋光都可实现波前畸变校正,能提高模式纯净度。实验结果表明:经校正,单模涡旋光的光强相关系数可提高至0.85左右,多模复用涡旋光的光强相关系数可提高至0.72左右,单模涡旋光波前畸变的校正效果优于多模复用涡旋光。仿真和实验结果均表明,采用随机并行梯度下降算法的自适应校正技术可有效实现涡旋光波前畸变校正。     

基于单晶体的可调谐参量超荧光的产生

研究了一种基于单晶体的可调谐超荧光产生机理，在一个偏硼酸钡(BBO)晶体中实现了飞秒脉冲倍频过程和光参量产生过程.实验中采用kHz高功率钛宝石激光系统输出的飞秒脉冲光倍频后的蓝光作为抽运光，获得了可调谐范围为480—530 nm参量超荧光光谱输出.理论上分析了这种超荧光产生机理，并利用放大传递函数模拟出参量超荧光环的产生过程.结果表明，在一个BBO晶体中，当抽运光源输出光入射晶体角度同时满足倍频相位匹配角和非共线光参量产生相位匹配角时可产生参量超荧光环，通过微调相位匹配角可控制参量超荧光光谱调谐输出.该理论和实验研究为控制参量超荧光和量子纠缠态的产生提供了理论依据，对于量子成像和量子通讯等领域的发展具有重要意义.