结构光场与部分相干光场在单轴晶体中的传输特性研究

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随着激光技术的迅速发展,单轴晶体作为一种各向异性光学介质在理论研究以及光场调控中都起了至关重要的作用。单轴晶体对光强分布以及偏振态分布的调控诱导出了许多新奇的光学现象,特别是对于沿着光轴方向传播的结构光束,虽然其总角动量随传播是守恒的,轨道角动量与自旋却会发生相互转化。在所有结构光束当中,携带角动量的涡旋光束又在光学信息处理、量子通信以及光学扳手等诸多领域都有着重要的应用价值。当然完全相干光束只是理想模型,实际的激光束皆为部分相干光束。光束相干度的引入一方面使得光场失去了相干光束的部分性质,另一方面却拓宽了其调控参量。本文完善了结构光束在单轴晶体沿着光轴传播的理论研究并将其拓展到部分相干光的情况,具体工作包括:1、介绍了相干和部分相干光束在单轴晶体中的传播理论以及光的角动量的研究现状,回顾并推导了单轴晶体中傍轴传播理论,以及介绍了自旋与轨道角动量相关计算方法与理论。2、用角谱方法推导了拉盖尔高斯光束在单轴晶体中的传播表达式,发现了模式阶次的升高可以加快自旋轨道耦合过程。通过对结构光场进行拉盖尔高斯模展开,得到了任意结构光束的传播表达式、能量分布以及角动量谱分布的演化行为。3、推导了部分相干光束在单轴晶体中需要满足的传播方程。以高斯谢尔模为例推导了其交叉谱密度矩阵的传播表达式,并得到了一组新的矢量相干展开模:复宗量的拉盖尔高斯模。最后研究了电磁高斯谢尔模光束的相干度、偏振度与光强分布的演化行为,发现了相干度的降低也可以加快自旋轨道耦合过程。这些结果有望为高斯谢尔模的偏振及相干度的调控提供理论支持。
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