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[正版]涡旋光束 清华大学出版社 高春清 付时尧 变革性光科学与技术丛书 光通信系统 研究 轨道角动量 矢量光束 光学
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书名: | 涡旋光束(变革性光科学与技术丛书) |
出版社: | 清华大学出版社 |
出版日期 | 2019 |
ISBN号: | 9787302533931 |
本书首先介绍了涡旋光束的基本性质和标量衍射理论,并以此为基础,系统的介绍了涡旋光束及涡旋光束阵列的生成方法、轨道角动量的检测方法、畸变涡旋光束的自适应补偿方法与技术、矢量涡旋光束与完美涡旋光束的相关理论与技术,最后介绍了涡旋光束的应用技术。 |
1、高春清,北京理工大学教授,博导。北京理工大学获学士和硕士学位,德国柏林工业大学获博士学位。2001年起为北京理工大学教授,2002年起博士生导师。主要研究单频激光器、新波长激光器、光场调控技术等。作为负责人主持国家自然科学基金重大科研仪器项目、自然科学基金重点项目、科技部重点研发课题、重点预研项目等科研项目20余项,发表论文200余篇,SCI检索百余篇,获得发明专利授权20项,出版著作2部,合编教材1本。获得部级二、三等奖各1项。2005年入选教育部新世纪优秀人才支持计划。多次受邀担任国际国内光电子领域学术会议的专题主席。担任中国光学学会第六、七届理事,中国电子学会光电子与量子电子学分会副主任委员,中国光学学会光电专委会常委、基础光学专委会、激光专委会委员,中国仪器仪表学会光机电技术与系统集成分会常务理事,是固体激光技术国防科技重点实验室、光子测控技术教育部重点实验室、中科院功能晶体与激光技术重点实验室等的学术委员会委员,是《先进激光技术》丛书编委、Frontiers of Opto-Electronics、《激光与红外》、《红外与激光工程》、《应用光学》等刊物编委等。2、付时尧,男,工学博士 |
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本书首先介绍了涡旋光束的基本性质和标量衍射理论,并以此为基础,系统的介绍了涡旋光束及涡旋光束阵列的生成方法、轨道角动量的检测方法、畸变涡旋光束的自适应补偿方法与技术、矢量涡旋光束与完美涡旋光束的相关理论与技术,最后介绍了涡旋光束的应用技术。 |
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第1章涡旋光束的基本性质 1.1涡旋光束概述 1.2涡旋光束的特性 1.2.1坡印亭矢量 1.2.2轨道角动量 1.2.3正交性 1.2.4镜像性 1.3涡旋光束的轨道角动量谱 1.3.1螺旋谐波展开 1.3.2旋转算符 1.4常见的涡旋光束 1.4.1拉盖尔高斯光束 1.4.2贝塞尔光束 1.4.3贝塞尔高斯光束 参考文献 第2章标量衍射理论 2.1惠更斯菲涅尔原理 2.2基尔霍夫衍射积分 2.2.1基尔霍夫定律 2.2.2基尔霍夫衍射积分公式 2.2.3瑞利索末菲衍射积分公式 2.2.4衍射积分公式的普适形式 2.3角谱理论 2.3.1角谱的概念 2.3.2角谱的传播 2.4菲涅尔衍射 2.4.1菲涅尔近似 2.4.2菲涅尔衍射传递函数 2.4.3菲涅尔衍射变换 2.5夫琅禾费衍射 2.5.1夫琅禾费近似 2.5.2夫琅禾费衍射的观察方法 2.6柯林斯积分公式 2.6.1轴对称傍轴光学系统的ABCD矩阵 2.6.2等效傍轴透镜系统 2.6.3柯林斯积分公式的导出 参考文献 第3章涡旋光束的生成技术 3.1腔内法 3.1.1腔内选模 3.1.2数字激光器 3.2腔外转化法 3.2.1模式转换器 3.2.2螺旋相位片 3.2.3叉形光栅 3.3相位型衍射涡旋光栅 3.3.1液晶空间光调制器 3.3.2相位光栅模拟振幅光栅的方法 3.3.3利用相位型衍射涡旋光栅生成涡旋光束 3.4偏振调制法 3.4.1组合半波片 3.4.2q波片 3.5涡旋光束发射器 3.5.1回音壁模式 3.5.2角向光栅对模式的选择 3.6多模混合涡旋光束的生成 3.6.1多模混合涡旋光束的光场特征 3.6.2合束法 3.6.3干涉仪法 3.6.4相位光栅法 3.6.5迭代法 3.6.6模式搜索算法 3.7贝塞尔高斯光束的生成 3.7.1轴棱镜法 3.7.2环形缝法 参考文献 第4章涡旋光束阵列 第5章涡旋光束的测量技术 第6章涡旋光束的畸变校正技术 第7章矢量光束与矢量涡旋光束 第8章完美涡旋光束 第9章涡旋光束的应用 参考文献 |
涡旋光束及其应用是近年来国内外研究的热点之一。涡旋光束一般指相位涡旋光束,其波前为螺旋形,光束中心存在相位奇点,因 此涡旋光束的中心光强为零,光强分布为环形,常见的相位涡旋光束是拉盖尔高斯光束。早在1992年荷兰莱顿大学的艾伦(Allen )等就研究了复振幅表达式中含有相位项exp(ilφ)的拉盖尔高斯光束的特性,证明其每一个光子都携带有轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)l,其中l为角量子数,φ为方位角,为约化普朗克常量。由于涡旋光束携带有轨道角动量,因此也被称为 OAM光束。近年来人们又生成了具有涡旋偏振态分布的光束(如矢量光束),以及同时具有涡旋相位和涡旋偏振的新型结构光束等。 涡旋光束在许多领域都有十分重要的应用。人们利用涡旋光束研制了光镊和光学扳手,可实现对微粒的无接触捕获和旋转,在生物 医学领域已被广泛应用。利用涡旋光束的旋转多普勒效应也可直接测量旋转体的角速度,在测量领域具有重要的应用前景。近年来 涡旋光束在光通信领域的应用更是成为国内外的研究热点之一,在光通信应用中,涡旋光束的轨道角动量可以作为一种新的编码方 式实现信息编码,它可以像波分复用、时分复用和偏振复用一样,实现模分复用和扩展光通信的容量。另外还可将模分复用技术与 波分复用和偏振复用等其他复用方式结合,有效提高光通信系统的信道容量和频谱效率。 学和研究机构都开展了广泛的研究工作,我国也有很多课题组开展了相关的研究并取得了重要的进展。本课题组自1999年开始对涡 旋光束及其应用开展研究,在涡旋光束的生成技术、轨道角动量态的检测技术和涡旋光束畸变的自适应光学校正技术等方面开展了 研究工作。本书是在综合了本课题组近年来在涡旋光束研究中取得的成果,以及国内外其他单位在涡旋光束的生成、检测和应用研 究成果的基础上完成的。 |
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