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《基于Matlab的渦旋光干涉場(chǎng)計(jì)算機(jī)模擬》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、基于Matlab的渦旋光干涉場(chǎng)計(jì)算機(jī)模擬摘要：渦旋光束是具有連續(xù)螺旋狀相位的光束，即光束的波陣面是旋渦狀的，具有奇異性，其光束的中心是一個(gè)暗核，此處的光強(qiáng)為零，相位無法確定。對(duì)于光學(xué)渦旋，特別是具有復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光學(xué)渦旋，可以通過計(jì)算機(jī)模擬的方法獲得實(shí)驗(yàn)上難以準(zhǔn)確測(cè)量干涉場(chǎng)分布。本文利用Matlab模擬不同拓?fù)浜芍档臏u旋光的產(chǎn)生，以及不同拓?fù)浜芍禍u旋光與平面光，球面光的干涉，給出了相應(yīng)的干涉圖樣。引言：利用波動(dòng)方程對(duì)波的傳輸行為進(jìn)行描述時(shí)，方程的解常常具有奇點(diǎn)，表明波在這些地方發(fā)生了突變。當(dāng)光波的相位存在無法定義的奇點(diǎn)且奇點(diǎn)處光強(qiáng)為零時(shí)，光波相
2、位圍繞該奇點(diǎn)沿垂直于傳播方向呈螺旋型分布，將會(huì)形成光學(xué)渦旋。由于光學(xué)渦旋獨(dú)特的相位和強(qiáng)度分布及新穎的拓?fù)涮匦允怪梢援a(chǎn)生較大的軌道角動(dòng)量。從而在光學(xué)操控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、光學(xué)開關(guān)等方面具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值，因此光學(xué)渦旋在過去的十幾年里成為一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。目前，主要產(chǎn)生渦旋光的方法有以下幾種：模式轉(zhuǎn)化法、螺旋相位板法、計(jì)算全息法等。本文主要是從計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬入手，把復(fù)雜的渦旋光產(chǎn)生機(jī)理以及與不同特殊光束的干涉場(chǎng)用圖像的方法表現(xiàn)出來。為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證做理論準(zhǔn)備，以及計(jì)算全息產(chǎn)生渦旋光的方法提供理論方法。2渦旋光的產(chǎn)生渦旋場(chǎng)相位的表達(dá)是在柱坐標(biāo)系r,
3、θ,z中進(jìn)行的，m為拓?fù)浜?，z為傳播距離。對(duì)于拓?fù)浜蔀閙的光學(xué)渦旋，可以表示成：Ψlr→=Ur,zexp??mθexp?-?kz=ur→+?νr→-kz為相位因子，k是波數(shù)，Ur,z表示振幅分布。分析上式可以發(fā)現(xiàn)，渦旋場(chǎng)的相位分布是由光束的相位因子exp??mθ決定的，沿著光渦旋的傳播方向會(huì)形成螺旋波前的結(jié)構(gòu)。并且繞渦旋中心（即奇點(diǎn)）運(yùn)動(dòng)一周，相位會(huì)改變2πm，奇點(diǎn)的形成是由于光線匯聚進(jìn)行干涉相消最終形成暗中空的結(jié)構(gòu)，此時(shí)奇點(diǎn)處光場(chǎng)的強(qiáng)度為零，所形成的光渦旋的位置可令上式中的實(shí)部、虛部均為零求得。在具體的函數(shù)表述中可分別令復(fù)合場(chǎng)振幅的實(shí)、虛部為
4、零列方程組進(jìn)而能夠確定奇點(diǎn)的具體位置。下圖為不同拓?fù)浜椭倒鈱W(xué)的結(jié)構(gòu)圖：3渦旋光與平面光的干涉在傍軸近似下，渦旋光的電場(chǎng)在柱坐標(biāo)系中可以表示成：Er,Φ,z,t=Ar',zgr,zexp??mΦ'+β+2πz∕λ-ωt其中r,z和r',z分別是相對(duì)于光束的中心與渦旋中心的坐標(biāo)，ω是角頻率，t是時(shí)間，λ是波長(zhǎng)，gr,z和Ar',z分別對(duì)應(yīng)在z處xy平面內(nèi)背景光束的形狀與渦旋的形狀，β為任意常數(shù)。我們通?？紤]的情形是在初始平面z=0處，那么gr和Ar'分別為背景光和渦旋光在該平面上的形狀。為了簡(jiǎn)單起見通常在理論和實(shí)驗(yàn)中，光束的分布都采用兩種形狀:即高
5、斯波形：
