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基于多模液芯光纤空心光束的产生及特性研究

作　者: 胡晓博
导　师: 高玮
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 空心光束液芯光纤光束质量涡旋光束
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

空心光束(HLB)在微观粒子的冷却与囚禁、激光加工及生物医学等方面有着广泛的应用，其产生方法与特性目前仍是该领域的研究热点。HLB通常能利用几何光学法、模式转换法、计算全息法等方法产生，但是产生的实验装置很复杂。近年来又提出利用中空光纤法、多模石英光纤法以及液芯光子晶体光纤法产生HLB，然而，中空光纤法的损耗较大；多模石英光纤法的产生效率低、受光纤弯曲的影响较大；液芯光子晶体光纤法的成本高且充液技术难度大。针对以上问题，本文首次提出激光斜入射多模液芯光纤(LCOF)产生HLB的方法，并对其特性进行了理论和实验研究。从光波在光纤中传播的光线理论和波动理论出发，分别研究了大芯径和小芯径多模光纤产生HLB的原因，并对其相位与偏振特性进行了分析。利用Zemax光学仿真软件对大芯径LCOF产生HLB的系统建模，仿真分析了HLB的暗斑尺寸、环状光束宽度以及HLB质量随着LCOF的长度、芯径、激光入射角度的变化规律。然后搭建了利用LCOF产生HLB的实验系统，以CS2作为芯液材料对理论结果进行了实验验证。结果表明，利用LCOF可产生高质量可控的HLB，其暗斑尺寸随激光入射角度的增加而增加，随光纤芯径的增加而减小，但几乎不随光纤长度而变化；HLB环状光束宽度仅与光纤芯径有关；HLB质量与斜光线在光纤中发生全反射的次数有关，通过增加光纤长度、减小芯径可有效提高光束质量；实验上采用芯径为100μm、长度为1m的LCOF，入射角度为10°，获得了高质量的细环HLB。实验研究了多模LCOF产生的HLB的相位和偏振特性，以及光纤弯曲对其强度分布的影响。证明了利用内径10μm的小芯径多模LCOF产生的HLB为矢量涡旋光束，且拓扑电荷数为1，通过改变入射条件获得了混合偏振、径向偏振和角向偏振的矢量涡旋光束。内径为100μm以上的大芯径多模LCOF产生的HLB的相位奇点特性不明显。相比于多模石英光纤，利用多模LCOF产生的HLB效率更高、稳定性更好，对光纤弯曲等外界条件影响不敏感。

基于多模液芯光纤空心光束的产生及特性研究

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