Получение лазерных пучков с пространственными и поляризационными неоднородностями

• Автор: Попков, Иван Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 140 с. : ил.

04201455
Оглавление
Введение
1 Световые пучки с неоднородным распределением основных параметров. Обзор литературы.

1.1 Лазерные пучки с пространственной неоднородностью электрического поля

1.2 Лазерные пучки с поляризационной неоднородностью

2 Цепочно-образный пучок с дислокацией волнового фронта

2.1 Получение полого цепочнообразного пучка

2.2 Исследование особенностей волнового фронта полого цепочнообразного пучка

3 Неоднородно-поляризованный пучок

3.1 Метод генерации неоднородно поляризованного пучка

3.2 Экспериментальная реализация метода генерации неоднородно-поляризованного пучка
Заключение
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Литература

Введение
Внимание к световым полям с неоднородным распределением светового поля уделялось практически с момента появления лазеров. Неоднородным распределением интенсивности в поперечном сечении характеризуются моды лазерного резонатора, неоднородное распределение интенсивности, фазы и состояния поляризации присуще собственным модам оптического волокна.
Новый всплеск интереса к таким полям был вызван работами [1—3] в которых впервые были исследованы особенности распространения светового пучка с профилем интенсивности, описываемым функцией Бесселя пулевого порядка. Несмотря на прошедшие десятилетия, интерес к световым полям с неоднородным распределением основных характеристик не ослабевает.
Большое внимание уделяется созданию и исследованию свойств световых пучков со спиральной фазой, пучков, обладающих аксиально симметричным распределением состояния поляризации в поперечном сечении, световых пучков с неоднородным распределением интенсивности в направлении распространения. Интерес к таким неоднородно структурированным полям во многом обусловлен возможностью их использования в микроскопии сверхвысокого разрешения [4,5], для повышения точности интерференционных измерений [0,7], для передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи [8] и в свободном пространстве [9-11], для исследования механических свойств клеток [12], анализа

индивидуальных геномов [13], для манипуляции микрочастицами [14], для лазерной резки и сверления металла [15-17], для фототермической обработки злокачественных опухолей [18].
Структура светового поля оказывает существенное влияние па характер взаимодействия излучения с оптически неоднородной средой. Так, изменение знака циркулярной поляризации на входе в многомодовое оптическое волокно приводит к повороту спекл картины на его выходе (Оптический эффект Магнуса) [19]. При отражении пучка с фазовой дислокацией от границы раздела двух сред наблюдается отклонение от известных законов отражения: угол падения не равен углу отражения, по отношению к нормали к поверхности падающий и отраженный луч лежат в разных плоскостях.
Анализ литературы показывает, что при создании и исследовании световых пучков основное внимание уделяется распределению интенсивности в поперечном и продольном направлении, созданию световых пучков с аксиально-симметричным распределением состояния поляризации в поперечном сечении пучка. Практически не уделяется внимания структуре фазовой поверхности и неаксиалыюсиммстричиом распределением поляризации в поперечном сечении.
Создание световых полей с различным характером распределения основных параметров позволит расширить область их применения и создаст новые возможности как для практического применения, так и для поиска новых оптических эффектов.
Цель работы
Создание световых пучков с пространственными и поляризационными неоднородностями.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.
1. Теоретическое исследование особенностей генерации полого цепоч-

ноля получил экспериментальную реализацию. Было получено распределение интенсивности света вдоль оси распространения, а так же обнаружен ряд фокальных пятен, каждое из которых представляло сложную структуру, состоящую из ряда тороидальных фокусов.
Дифракция на модифицированных зонных пластинках ведет к перераспределению энергии в цепочнообразном пучке [59]. Характер изменения дифракционный картины зависит от того, каким образом была модифицирована зонная пластинка. Анализ литературы показывает, что большинство модификаций зонной пластинки основано на использовании фрактальных множеств, как правило, это различные вариации на тему Канторова множества [59,63-70].
В работе [59] теоретически описаны и экспериментально реализованы цепочнообразные пучки, возникающих при дифракции плоской волны на фрактальных Канторовых зонных пластинках, полученных на основе зонной пластинки Френеля, к которой применяется итерационный метод исключения открытых зон Френеля на маске. В работе приведены результаты исследования свойств световых пучков, полученных при дифракции на фрактальных зонных пластинках и показано, что количество фокусов, а так же их характеристика (глубина и размер) зависят от числа итераций при формировании маски. Особенность распределения интенсивности в пучке, полученном при дифракции па фрактальном элементе, состоит в наличии групп световых овалоидов. В одной группе присутствуют овалоиды с минимальной и максимальной интенсивностью. Такие группы овалоидов транслируются в пространстве вдоль оси распространения пучка. В результате формируется цепочнообразный пучок, у которого размер овалоидов и их интенсивность изменяются неравномерно при удалении от зонной пластины.
Результаты исследований, представленных в работе [59], инспирирова-