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涡旋光束-变革性光科学与技术丛书

已有 386 次阅读 2020-7-14 08:50 |系统分类:科研笔记| 涡旋光束, 光通信, 光学

内容简介:

涡旋光束及其应用是近年来国内外研究的热点之一,其携带有轨道角动量的独特性质使得其在诸多领域都具有极高的应用价值。例如,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,在生物医学领域已有广泛应用。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的研究成果,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,涡旋光束携带的轨道角动量的正交性可以有效提高光通信系统的信道容量和频谱效率。当前,随着涡旋光束的优良特性被逐渐发掘,投身于涡旋光束理论及应用技术研究的学者与科研机构越来越多,对涡旋光束领域的专业参考书籍需求较大。

本书详细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,同时介绍了涡旋光束的应用技术。

本书主要面向于光学、电子技术和物理等相关领域的科研人员、学者、研究生与高年级本科生,是一本关于涡旋光束的理论、生成、探测、传输和应用技术的学术著作。


本书特色:

国内第一部全面介绍涡旋光束的基础理论、生成探测方法与技术、自适应畸变补偿方法与技术与应用技术的专著,填补了该技术领域没有相关参考书籍的空白。


目录:

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 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

3.4.2 q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

4.1 基本涡旋光束阵列

4.1.1 复合形光栅与3×3偶极涡旋光束阵列

4.1.23 ×3单极涡旋光束阵列

4.1.3 阶次非对称分布的3×3涡旋光束阵列

4.2 复杂阵列的设计与优化

4.2.1 衍射光栅的傅里叶展开

4.2.2 GS算法与光栅的优化

4.2.3 达曼光栅

4.3 二维涡旋光束阵列

4.3.1 达曼涡旋光栅与基本矩形阵列

4.3.2 特殊矩形阵列

4.3.3 环形阵列

4.4 三维涡旋光束阵列

4.4.1 达曼波带片

4.4.2 三维涡旋光束阵列的生成

参考文献

第5章 涡旋光束的测量技术

5.1 轨道角动量的基本测量方法

5.1.1 扭矩测量法

5.1.2 光强二阶矩分析法

5.1.3 利用旋转多普勒效应测量轨道角动量

5.1.4 利用轨道角动量谱与旋转算符全平均值共轭关系测量轨道角动量

5.2 干涉测量法

5.2.1 涡旋光束与平面波的干涉

5.2.2 干涉法测螺旋相位

5.2.3 涡旋光束的杨氏双缝干涉

5.2.4 利用马赫-曾德尔干涉仪分离光束的轨道角动量

5.3 衍射测量法

5.3.1 三角孔衍射

5.3.2 角向双缝衍射

5.3.3 柱透镜

5.3.4 倾斜透镜

5.3.5 周期渐变光栅

5.3.6 相位型周期渐变衍射光栅

5.3.7 环形光栅

5.3.8 复合形光栅测量法

5.3.9 标准达曼涡旋光栅测量法

5.3.10 整合达曼涡旋光栅测量法

5.4 偏振测量法

5.4.1 组合半波片测量法

5.4.2 组合偏振片测量法

5.5 轨道角动量谱的测量

5.5.1 复振幅推演法

5.5.2 灰阶算法

5.5.3 模式分束器

参考文献

第6章 涡旋光束的畸变校正技术

6.1 大气湍流理论模型基础

6.1.1 科尔莫戈罗夫大气湍流理论

6.1.2 折射率的功率谱密度

6.1.3 相位的功率谱密度

6.1.4 大气湍流相位屏的建立

6.2 大气湍流对涡旋光束的影响

6.2.1 激光在大气湍流中的传输效应

6.2.2 螺旋相位畸变

6.2.3 轨道角动量谱展宽

6.2.4 湍流对不同光场分布的涡旋光束的影响

6.3 自适应光学畸变校正技术简介

6.4 夏克-哈特曼补偿方法

6.4.1 夏克-哈特曼波前传感器基本原理

6.4.2 基于夏克-哈特曼方法的畸变涡旋光束补偿

6.5 GS相位恢复算法

6.5.1 GS相位恢复算法基本原理

6.5.2 有探针校正

6.5.3 无探针校正

6.6 其他涡旋光束校正方法

6.6.1 基于泽尼克多项式的随机并行梯度下降算法

6.6.2 数字信号处理方法

参考文献

第7章 矢量光束与矢量涡旋光束

7.1 矢量光束概述

7.1.1 矢量光束的贝塞尔-高斯解

7.1.2 矢量光束的拉盖尔-高斯解

7.1.3 矢量光束的琼斯矢量表示

7.1.4 半波片对矢量光束偏振分布的转换

7.2 矢量光束的基本生成方法

7.2.1 腔内生


书信息:

作者:高春清 付时尧

ISBN:978-7-302-53393-1

购买链接:https://item.jd.com/12800108.html


章节摘录:






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1 王安良

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