渦旋光束LOREMIPSUMDOLOR1渦旋光束LOREMIPSUMDOLOR1渦旋光束的定義在光學領(lǐng)域，當平面波存在螺旋式缺陷時，波前會繞在傳播方向上的一條線以螺旋方式旋轉(zhuǎn)，形成螺旋形的波前，這非常類似于流體中的渦旋現(xiàn)象，此類光波被稱為渦旋光束。渦旋光束具有螺旋相位結(jié)構(gòu)，即中心存在相位奇點，圍繞中心奇點相位連續(xù)變化，因此渦旋光束具有角動量。由于特殊的相位結(jié)構(gòu)，光束中心強度為零，由于其中心為暗核心，又稱為空心光束。2渦旋光束的定義在光學領(lǐng)域，當平面波存在螺旋式缺陷時，波前會繞渦旋光束的定義光波沿著z軸方向傳播時，渦旋光場表達式可以表示為：其中u0為光場在z處的振幅分布表達式，l為渦旋的拓撲荷值，它表示相位圍繞核心旋轉(zhuǎn)一周將改變2lπ，z為渦旋中心的傳播距離，k為波矢。即具有exp（ilθ）因子的光場都可以稱為渦旋光束。3渦旋光束的定義光波沿著z軸方向傳播時，渦旋光場表達式可以表示渦旋光束的定義渦旋光束波前分布結(jié)構(gòu)圖4渦旋光束的定義渦旋光束波前分布結(jié)構(gòu)圖4渦旋光束的類型010203拉蓋爾-高斯光束TEM*01光束高階貝塞爾光束5渦旋光束的類型010203拉蓋爾-高斯光束TEM*01光束高渦旋光束的類型拉蓋爾-高斯光束(Laguerre-gaussianBeam，簡稱LGB)光場表達式為：由于拉蓋爾多項式具有正交歸一的性質(zhì)，因此任何渦旋光束都可以認為是拉蓋爾-高斯光束的線性組合，其光場表達式都可以分解成拉蓋爾-高斯光束的表達式6渦旋光束的類型拉蓋爾-高斯光束(Laguerre-gauss渦旋光束的類型TEM*01光束：又稱為面包圈(Doughnut)空心光束當拉蓋爾-高斯光束光場表達式中p=0，l不等于0時，拉蓋爾-高斯光束又稱為TEM*01光束，光場表達式為：E0表示光束的實振幅；函數(shù)F1(z)和F2(z)分別表示光束在空間和位相的變換7渦旋光束的類型TEM*01光束：又稱為面包圈(Doughnu渦旋光束的類型高階貝塞爾光束(Bessel-GaussBeam，簡稱BGB）研究發(fā)現(xiàn)，貝塞爾函數(shù)可以描述光束在自由空間的波動方程，特解如下：高階貝塞爾光束（除零階）也具有螺旋相位。貝塞爾光束在傳播方向上不發(fā)散、中心光斑極?。◣资⒚祝?渦旋光束的類型高階貝塞爾光束(Bessel-GaussBe渦旋光束的產(chǎn)生方法0102計算全息法螺旋相位板法腔外渦旋光束整形03空間調(diào)制器04幾何模式轉(zhuǎn)換法9渦旋光束的產(chǎn)生方法0102計算全息法螺旋相位板法腔外渦旋光束渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形計算全息法：利用光束干涉產(chǎn)生干涉條紋來制作相應(yīng)的全息片。優(yōu)勢與不足：可以便捷的產(chǎn)生各種階數(shù)的渦旋光束，適用范圍相對廣，但是由于這種方法的衍射效率不高所以通常只適合產(chǎn)生比較低階的渦旋光束，同時全息成像儀器的分辨率也對其有一定影響。10渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形計算全息法：利用光束干涉產(chǎn)渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形螺旋相位板法：利用螺旋相位板法產(chǎn)生渦旋光束。優(yōu)勢與不足：轉(zhuǎn)換效率較高，且能對高功率激光光束進行轉(zhuǎn)換。缺點是，一個螺旋相位板理論上只能產(chǎn)生一個階數(shù)的拓撲荷值的渦旋光束，且對加工技術(shù)方面要求比較高。但是，螺旋相位板在處理一些需要高功率的激光束或是小型化的儀器時，是其他任何方法都無法替代的。螺旋相位板結(jié)構(gòu)圖理想情況下，相位的變化是平滑連續(xù)的，但由于制作工藝的限制，實際應(yīng)用中使用階梯型的螺旋相位板11渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形螺旋相位板法：利用螺旋相位渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形空間光調(diào)制器：利用空間光調(diào)制器來產(chǎn)生光學渦旋。優(yōu)勢與不足：優(yōu)點是可以根據(jù)應(yīng)用需求比較靈活便捷地控制光束的各個參數(shù)，產(chǎn)生出質(zhì)量較高的渦旋光束。缺點是空間光調(diào)制器對通過的光束有能量的限制，不能處理功率高的激光束。12渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形空間光調(diào)制器：利用空間光調(diào)渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形幾何模式轉(zhuǎn)換法：利用空間光調(diào)制器來產(chǎn)生光學渦旋。（1）利用柱面透鏡實現(xiàn)厄米-高斯光束到拉蓋爾高斯光束的轉(zhuǎn)換。（2）利用圓錐棱鏡實現(xiàn)高階拉蓋爾-高斯光束到相應(yīng)的高階貝塞爾光束的轉(zhuǎn)換。優(yōu)勢與不足：轉(zhuǎn)換效率很高且形成的光束也很純。但是對于光學器件的加工制作要求較高，轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復雜，且入射光束是厄米高斯光束。13渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形幾何模式轉(zhuǎn)換法：利用空間光渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形螺旋多孔屏：通過螺旋孔屏實現(xiàn)渦旋光束。實驗光路簡單；且可以產(chǎn)生任意階數(shù)的渦旋光束；能量利用率低；14渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形螺旋多孔屏：通過螺旋孔屏實高功率渦旋光束的產(chǎn)生方法0102基于棒狀放大技術(shù)的產(chǎn)生方法基于受壓光纖放大技術(shù)的產(chǎn)生方法腔內(nèi)渦旋光束整形03基于主振蕩光功率放大技術(shù)的產(chǎn)生方法04基于光參量啁啾脈沖放大技術(shù)的產(chǎn)生方法0506基于自由電子激光技術(shù)（FEL）的產(chǎn)生方法基于受激拉曼背向散射放大技術(shù)的產(chǎn)生方法07基于受激布里淵放大技術(shù)的產(chǎn)生方法15高功率渦旋光束的產(chǎn)生方法0102基于棒狀放大技術(shù)的產(chǎn)生方法基渦旋光束的產(chǎn)生方法基于棒狀放大技術(shù)的產(chǎn)生方法利用棒狀放大技術(shù)產(chǎn)生高功率渦旋光束。種子光經(jīng)過相位板產(chǎn)生渦旋光，利用棒狀放大技術(shù)產(chǎn)生高功率渦旋光束16渦旋光束的產(chǎn)生方法基于棒狀放大技術(shù)的產(chǎn)生方法利用棒狀放大技術(shù)渦旋光束的產(chǎn)生方法基于受壓光纖放大技術(shù)的產(chǎn)生方法利用棒狀放大技術(shù)產(chǎn)生高功率渦旋光束。通過給光纖施加適當?shù)膲毫Γ构馐a(chǎn)生相位差，從而形成環(huán)形光束。17渦旋光束的產(chǎn)生方法基于受壓光纖放大技術(shù)的產(chǎn)生方法利用棒狀放大渦旋光束的產(chǎn)生方法基于主振蕩光功率放大技術(shù)的產(chǎn)生方法采用了抽運光限制技術(shù)，利用毛細管狀光纖產(chǎn)生808nm的環(huán)形光束；作為抽運光對摻釹釔鋁石榴石晶體進行端面抽運，產(chǎn)生LG光束；經(jīng)布儒斯特片調(diào)整渦旋波前，調(diào)整標準具的傾斜角改變波前的渦旋方向；通過空間耦合進人975nm端面抽運的雙包層保偏大模場光纖進行進一步放大。18渦旋光束的產(chǎn)生方法基于主振蕩光功率放大技術(shù)的產(chǎn)生方法采用了抽渦旋光束的產(chǎn)生方法基于光參量啁啾脈沖放大技術(shù)的產(chǎn)生方法渦旋光束的非共線光參量啁啾脈沖放大技術(shù)（OPCPA），目前只進行了仿真模擬。OPCPA的基本結(jié)構(gòu)：種子光束--展寬器--放大器--壓縮器。在放大過程中，大的單程增益可減小渦旋光束在傳輸過程產(chǎn)生的光場畸變19渦旋光束的產(chǎn)生方法基于光參量啁啾脈沖放大技術(shù)的產(chǎn)生方法渦旋光渦旋光束的產(chǎn)生方法基于自由電子激光技術(shù)（FEL）的產(chǎn)生方法實現(xiàn)了高斯光束與OAM模式的有效轉(zhuǎn)換。激光與電子束同時進入螺旋調(diào)制器中，使電子產(chǎn)生渦旋能量分布；二者再經(jīng)電磁調(diào)制彎道，使電子的渦旋能量分布轉(zhuǎn)換為渦旋密度分布。在二維調(diào)制器中，激光和渦旋調(diào)制電子的相互作用可產(chǎn)生具有軌道角動量的渦旋光束。20渦旋光束的產(chǎn)生方法基于自由電子激光技術(shù)（FEL）的產(chǎn)生方法實渦旋光束的產(chǎn)生方法基于受激拉曼背向散射放大技術(shù)的產(chǎn)生方法拉曼散射：當一定頻率的光入射到某些介質(zhì)時（一般其頻率不等于介質(zhì)分子的共振躍遷頻率），由介質(zhì)內(nèi)部原子、分子的振動或者轉(zhuǎn)動所引起的散射，散射光的頻率與入射光的頻率不同，頻移量較大，相應(yīng)于振動能級差。這種散射稱為拉曼散射。21渦旋光束的產(chǎn)生方法基于受激拉曼背向散射放大技術(shù)的產(chǎn)生方法拉曼渦旋光束的產(chǎn)生方法基于受激拉曼背向散射放大技術(shù)的產(chǎn)生方法在等離子體中進行了受激拉曼背向散射放大技術(shù)的仿真模擬，實現(xiàn)了對渦旋光束的放大，以及產(chǎn)生新的渦旋特性的光束。22渦旋光束的產(chǎn)生方法基于受激拉曼背向散射放大技術(shù)的產(chǎn)生方法在等渦旋光束的產(chǎn)生方法基于受激布里淵放大技術(shù)的產(chǎn)生方法23渦旋光束的產(chǎn)生方法基于受激布里淵放大技術(shù)的產(chǎn)生方法23渦旋光束的產(chǎn)生方法基于受激布里淵放大技術(shù)的產(chǎn)生方法輸出脈沖經(jīng)過偏振分束器分為兩部分:一部分光用于激光抽運;另一部分光經(jīng)過受激布里淵散射(SBS)后產(chǎn)生斯托克斯光，斯托克斯光再經(jīng)螺旋相位板((SPP)后產(chǎn)生渦旋的斯托克斯光，將渦旋的斯托克斯光作為信號光。兩束光共同作用于布里淵放大器(BA)，實現(xiàn)渦旋光信號的放大24渦旋光束的產(chǎn)生方法基于受激布里淵放大技術(shù)的產(chǎn)生方法輸出脈沖經(jīng)THANKYOU!25THANKYOU!25渦旋光束LOREMIPSUMDOLOR26渦旋光束LOREMIPSUMDOLOR1渦旋光束的定義在光學領(lǐng)域，當平面波存在螺旋式缺陷時，波前會繞在傳播方向上的一條線以螺旋方式旋轉(zhuǎn)，形成螺旋形的波前，這非常類似于流體中的渦旋現(xiàn)象，此類光波被稱為渦旋光束。渦旋光束具有螺旋相位結(jié)構(gòu)，即中心存在相位奇點，圍繞中心奇點相位連續(xù)變化，因此渦旋光束具有角動量。由于特殊的相位結(jié)構(gòu)，光束中心強度為零，由于其中心為暗核心，又稱為空心光束。27渦旋光束的定義在光學領(lǐng)域，當平面波存在螺旋式缺陷時，波前會繞渦旋光束的定義光波沿著z軸方向傳播時，渦旋光場表達式可以表示為：其中u0為光場在z處的振幅分布表達式，l為渦旋的拓撲荷值，它表示相位圍繞核心旋轉(zhuǎn)一周將改變2lπ，z為渦旋中心的傳播距離，k為波矢。即具有exp（ilθ）因子的光場都可以稱為渦旋光束。28渦旋光束的定義光波沿著z軸方向傳播時，渦旋光場表達式可以表示渦旋光束的定義渦旋光束波前分布結(jié)構(gòu)圖29渦旋光束的定義渦旋光束波前分布結(jié)構(gòu)圖4渦旋光束的類型010203拉蓋爾-高斯光束TEM*01光束高階貝塞爾光束30渦旋光束的類型010203拉蓋爾-高斯光束TEM*01光束高渦旋光束的類型拉蓋爾-高斯光束(Laguerre-gaussianBeam，簡稱LGB)光場表達式為：由于拉蓋爾多項式具有正交歸一的性質(zhì)，因此任何渦旋光束都可以認為是拉蓋爾-高斯光束的線性組合，其光場表達式都可以分解成拉蓋爾-高斯光束的表達式31渦旋光束的類型拉蓋爾-高斯光束(Laguerre-gauss渦旋光束的類型TEM*01光束：又稱為面包圈(Doughnut)空心光束當拉蓋爾-高斯光束光場表達式中p=0，l不等于0時，拉蓋爾-高斯光束又稱為TEM*01光束，光場表達式為：E0表示光束的實振幅；函數(shù)F1(z)和F2(z)分別表示光束在空間和位相的變換32渦旋光束的類型TEM*01光束：又稱為面包圈(Doughnu渦旋光束的類型高階貝塞爾光束(Bessel-GaussBeam，簡稱BGB）研究發(fā)現(xiàn)，貝塞爾函數(shù)可以描述光束在自由空間的波動方程，特解如下：高階貝塞爾光束（除零階）也具有螺旋相位。貝塞爾光束在傳播方向上不發(fā)散、中心光斑極小（幾十微米）33渦旋光束的類型高階貝塞爾光束(Bessel-GaussBe渦旋光束的產(chǎn)生方法0102計算全息法螺旋相位板法腔外渦旋光束整形03空間調(diào)制器04幾何模式轉(zhuǎn)換法34渦旋光束的產(chǎn)生方法0102計算全息法螺旋相位板法腔外渦旋光束渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形計算全息法：利用光束干涉產(chǎn)生干涉條紋來制作相應(yīng)的全息片。優(yōu)勢與不足：可以便捷的產(chǎn)生各種階數(shù)的渦旋光束，適用范圍相對廣，但是由于這種方法的衍射效率不高所以通常只適合產(chǎn)生比較低階的渦旋光束，同時全息成像儀器的分辨率也對其有一定影響。35渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形計算全息法：利用光束干涉產(chǎn)渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形螺旋相位板法：利用螺旋相位板法產(chǎn)生渦旋光束。優(yōu)勢與不足：轉(zhuǎn)換效率較高，且能對高功率激光光束進行轉(zhuǎn)換。缺點是，一個螺旋相位板理論上只能產(chǎn)生一個階數(shù)的拓撲荷值的渦旋光束，且對加工技術(shù)方面要求比較高。但是，螺旋相位板在處理一些需要高功率的激光束或是小型化的儀器時，是其他任何方法都無法替代的。螺旋相位板結(jié)構(gòu)圖理想情況下，相位的變化是平滑連續(xù)的，但由于制作工藝的限制，實際應(yīng)用中使用階梯型的螺旋相位板36渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形螺旋相位板法：利用螺旋相位渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形空間光調(diào)制器：利用空間光調(diào)制器來產(chǎn)生光學渦旋。優(yōu)勢與不足：優(yōu)點是可以根據(jù)應(yīng)用需求比較靈活便捷地控制光束的各個參數(shù)，產(chǎn)生出質(zhì)量較高的渦旋光束。缺點是空間光調(diào)制器對通過的光束有能量的限制，不能處理功率高的激光束。37渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形空間光調(diào)制器：利用空間光調(diào)渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形幾何模式轉(zhuǎn)換法：利用空間光調(diào)制器來產(chǎn)生光學渦旋。（1）利用柱面透鏡實現(xiàn)厄米-高斯光束到拉蓋爾高斯光束的轉(zhuǎn)換。（2）利用圓錐棱鏡實現(xiàn)高階拉蓋爾-高斯光束到相應(yīng)的高階貝塞爾光束的轉(zhuǎn)換。優(yōu)勢與不足：轉(zhuǎn)換效率很高且形成的光束也很純。但是對于光學器件的加工制作要求較高，轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復雜，且入射光束是厄米高斯光束。38渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形幾何模式轉(zhuǎn)換法：利用空間光渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形螺旋多孔屏：通過螺旋孔屏實現(xiàn)渦旋光束。實驗光路簡單；且可以產(chǎn)生任意階數(shù)的渦旋光束；能量利用率低；39渦旋光束的產(chǎn)生方法腔外渦旋光束整形螺旋多孔屏：通過螺旋孔屏實高功率渦旋光束的產(chǎn)生方法0102基于棒狀放大技術(shù)的產(chǎn)生方法基于受壓光纖放大技術(shù)的產(chǎn)生方法腔內(nèi)渦旋光束整形03基于主振蕩光功率放大技術(shù)的產(chǎn)生方法04基于光參量啁啾脈沖放大技術(shù)的產(chǎn)生方法0506基于自由電子激光技術(shù)（FEL）的產(chǎn)生方法基于受激拉曼背向散射放大技術(shù)的產(chǎn)生方法07基于受激布里淵放大技術(shù)的產(chǎn)生方法40高功率渦旋光束的產(chǎn)生方法0102基于棒狀放大技術(shù)的產(chǎn)生方法基渦旋光束的產(chǎn)生方法基于棒狀放大技術(shù)的產(chǎn)生方法利用棒狀放大技術(shù)產(chǎn)生高功率渦旋光束。種子光經(jīng)過相位板產(chǎn)生渦旋光，利用棒狀放大技術(shù)產(chǎn)生高功率渦旋光束41渦旋光束的產(chǎn)生方法基于棒狀放大技術(shù)的產(chǎn)生方法利用棒狀放大技術(shù)渦旋光束的產(chǎn)生方法基于受壓光纖放大技術(shù)的產(chǎn)生方法利用棒狀放大技術(shù)產(chǎn)生高功率渦旋光束。通過給光纖施加適當?shù)膲毫?，使光束產(chǎn)生相位差，從而形成環(huán)形光束。42渦旋光束的產(chǎn)生方法基于受壓光纖放大技術(shù)的產(chǎn)生方法利用棒狀放大渦旋光束的產(chǎn)生方法基于主振蕩光功率放大技術(shù)的產(chǎn)生方法采用了抽運光限制技術(shù)，利用毛細管狀光纖產(chǎn)生808nm的環(huán)形光束；作為抽運光對摻釹釔鋁石榴石晶體進行端面抽運，產(chǎn)生LG光束；經(jīng)布儒斯特片調(diào)整渦旋波前，調(diào)整標準具的傾斜角改變波前的渦旋方向；通過空間耦合進人975nm端面抽運的雙包層保偏大模場光纖進行進一步放大。43渦旋光束的產(chǎn)生方法基于主振蕩光功率放大技術(shù)的產(chǎn)生方法采用了抽渦旋光束的產(chǎn)生方法基于光參量啁啾脈沖放大技術(shù)的產(chǎn)生方法渦旋光束的非共線光參量啁啾脈沖放大技術(shù)（OPCPA），目前只進行了仿真模擬。OPCPA的基本結(jié)構(gòu)：種子光束--展寬器--放大器--壓縮器。在放大過程中，大的單程增益可減小渦旋光束在傳輸過程產(chǎn)生的光場畸變44渦旋光束的產(chǎn)生方法基于光參量啁啾脈沖放大技術(shù)的產(chǎn)生方法渦旋光渦旋光束的產(chǎn)生方法基于自由電子激光技術(shù)（FEL）的產(chǎn)生方法實現(xiàn)了高斯光束與OAM模