光学涡旋场的产生方法-衍射特性及其应用研究-

山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文14单位长度上光束的角动量和能量的比率为：()zzzrdrdJllWhvcrdrdθγγωθ××++===×∫∫∫∫��rEBEB(2-34)其中**22()()iαβαβγαβ−=+。由以上的证明我们得出以下重要的结论：在近轴传播情况下，具有螺旋波前的偏振光场其光子角动量分为两部分，一部分为轨道角动量，等于l�，这是来源于光场的螺旋波前结构，与光波的偏振态无关；一部分为自旋角动量，等于γ�，这来源于光波的偏振态。对于任意偏振光在近轴近似情况下轨道角动量和自旋角动量是分离的，大小分别为l�和γ�。当0,1γ=±时，分别对应线偏振、左右旋圆偏振光。显然1γ≤，表明光子的自旋角动量最大为�，即在所有的偏振态中，圆偏振光的光子自旋角动量最大。事实上，对于任意的偏振态都可以表示为左右旋圆偏振态的叠加。假设一个线偏振光，它可以表示为11111022ii−⎡⎤⎡⎤⎡⎤=+⎣⎦⎣⎦⎣⎦，即左旋偏振态和右旋偏振态的叠加。对于椭圆偏振光也是如此，有1112iiaaαβ−⎡⎤⎡⎤⎡⎤=+⎣⎦⎣⎦⎣⎦，其中12aaα=+，12()aaiβ=−；则此偏振态的自旋角动量可以表示为22122212aaaaγ−=+��，由此证明了上式的普遍适用性。在这儿，我们不再分析非近轴情况。§2.3产生光学涡漩的方法光学涡旋作为一种特殊的光场，具有许多新颖的特性：具有螺旋波前，中心处存在相位奇点，具有暗中空结构等。这种结构的光束近年来已经在众多领域得到广泛的研究和应用；而所有的应用都有赖于能够产生高质量的光学涡旋场。在研究光学涡旋初期，科学家并不能任意产生光学涡旋。经过科学家多年的不懈努力，光学涡旋已经可以通过多种不同的方法产生，在形状和排列上也可以控制。常见的方法有以下几种：几何模式转换法[57,60]，全息图法[61-63]，螺旋相位板法[4,64]，中空波导法[67,68]，旋转镜面光学参量振荡器法[69]等。另外，通过特殊设计的激光器[70-72]也能直接输出具有螺旋模式的激光束。下面介绍几山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文15种常用的方法。§2.3.1几何模式转换法激光束通过某种光学器件改变入射光束的模式，得到不同模式的出射光，这种光学器件称之为模式转换器。常见的几种具有光学涡旋结构的光束，大多都可以使用模式转换器得到。几何模式转换