阵列涡旋光束的轨道角动量特性

从近轴条件下光束轨道角动量理论出发,分析光束的轨道角动量,计算矩形对称的严格周期性阵列光学涡旋的轨道角动量,得每单元格的轨道角动量是确定的,并不与测量轴有关;但是单元格的轨道角动量取决于单元格的选择.分析由三束平面波干涉而得的涡旋阵列光子的轨道角动量,并验证了结论.     

光阑对暗中空涡旋光束轨道角动量的影响

基于推广的复高斯函数展开法,分析了具有轨道角动量的拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束通过含光阑光学系统传输的解析公式,理论推导了空心LG光束在柱坐标系下光子轨道角动量密度函数及其态矢.对1阶LG涡旋光束通过光阑后的光场分布情况进行了数值分析,在两种典型含光阑系统物理模型下分析了遮拦比对不同波长LG光束传输特性的影响,研究了LG光束通过光学系统后的相位分布及轨道角动量密度变化.结果表明,光阑系统遮拦比对LG涡旋光束通过光阑后的传输特性的影响因光束波长不同而异,遮拦比对光束轨道角动量密度影响较大,对光束束径及光轨道角动量影响不明显.研究结果可为在空间光通信中利用涡旋光束光子轨道角动量编码信息提供理论依据.     

涡旋光束的轨道角动量双缝干涉实验研究

利用计算机全息振幅二元光栅对基模高斯光束进行衍射,实验产生不同阶次拉盖尔-高斯（Laguerre-Gaussian,LG）涡旋光束,用得到的不同阶的LG光束进行双缝干涉实验,根据采集到的干涉条纹扭曲方向及条纹扭曲程度实现涡旋光束轨道角动量的测量,通过调整实验光学系统,分析了LG光束轨道角动量的测量精度.结果表明,基模高斯光束束宽与全息光栅尺寸的合理选择会影响到生成的涡旋光束质量.在确定基模高斯光束束宽的情况下,双缝间距与光束束宽的比例为1：1.5时,双缝对生成的LG光束干涉条纹扭曲效果明显,LG光束轨道角动量测量误差最小.     

涡旋波干涉振幅全息图的计算机制作

根据数学模型,借助计算机语言编程制作了涡旋波干涉的振幅全息图.结果表明:涡旋波分别与平面波和球面波干涉,形成叉形光栅和螺旋环形光栅全息图样,且图样分布随涡旋波拓扑荷值的变化而变化.当拓扑荷值由正整数变为负整数时,叉形光栅的开口方向和螺旋环的旋转方向发生反转;当拓扑荷值变为分数时,全息图样发生不同程度的位错.该全息图可作为振幅掩模或直接加载于液晶空间调制器,用于生成涡旋光束.     

环形涡旋光场干涉的理论分析与数值模拟

运用理论分析和数值模拟方法研究了对称分布的环形光涡旋的干涉图样.结果表明,当含有相同拓扑荷m的2束环形涡旋光在相对离轴参数δ=0～1的变化过程中,干涉涡旋的图样会分解为m=±1的单涡旋光束,而且会出现此单涡旋光场的中心偏离原涡旋的中心连线成轴对称分布的情况;对于拓扑荷为负的单涡旋,其中心则出现在与原2涡旋中心连线的中垂线上,且关于原点对称.从干涉图样中还可以看出,干涉叠加后的净拓扑荷与原涡旋的拓扑荷相等.     

涡旋光束的轨道角动量分析

通过对二元多阶螺旋相位板的输出光场的轨道角动量计算分析,得出了拓扑荷取整数时输出主光学涡旋最大轨道角动量及次轨道角动量的条件.分析了当轨道角动量取非整数值时每个因子的密度分布及控制光束结构的Gouy相位因子的取值情况.     

利用杨氏双缝干涉实验检测涡旋光束的拓扑荷数

研究涡旋光束经过杨氏双缝干涉后的干涉条纹,发现不同于平面波的竖直干涉条纹,涡旋光束的干涉条纹出现扭曲.从条纹的上部往下看,涡旋光束的干涉条纹出现横向的移动,而移动的方向和大小分别取决于涡旋光束拓扑荷数的符号和数值大小.对干涉条纹进行观察发现,实验观察结果和理论结果基本上保持一致,可以通过观察涡旋光束的干涉条纹来判断涡旋光束的轨道角动量.     

紧聚焦下的密集多环完美涡旋

涡旋光束因携带轨道角动量(OAM)而具有手性.通过光与物质相互作用，具有手性的涡旋光场已经被用于制备手性微结构、检验手性生物分子等.其中，根据应用需求，产生能量可控的涡旋光场尤为重要.采用“棋盘格配比法”在紧聚焦条件下实现了密集多环完美涡旋.通过调控产生了不同涡旋环的“棋盘格相位”的数量，实现了对密集多环完美涡旋中各涡旋环相对能量的调控.此外，通过调整完美涡旋的半径，使密集多环完美涡旋具有相对均匀的强度分布.利用球面波与该光场干涉，分析了各涡旋环的拓扑核数，验证了密集多环完美涡旋中各环的手性.该手性光场的产生，可以为制备手性微结构、检验生物分子提供灵活工具.     

用衍射方法确定平顶光学涡旋拓扑荷数

使用一种中心对称的正方形振幅光栅,分别计算了不同拓扑荷数的平顶涡旋光束经过不同空间频率的正方形振幅光栅后的夫琅和费衍射光场.结果表明,平顶涡旋光束经正方形振幅光栅后在远场的光强分布为亮斑阵列;选择合适的空间频率,即可以得到任何拓扑荷数的清晰的衍射图样;当拓扑荷数≥2时,衍射光强图样外围亮斑的个数为入射涡旋光束拓扑荷数的2倍.用此种衍射方法可以方便地测量入射光学涡旋的拓扑荷数.     

多束涡旋光波串扰分布失真的相位补偿研究

使用空间分集技术可以提高自由空间光通信的抗大气湍流能力,研究通过空间分集来提高探测涡旋光束拓扑荷数的可行性.涡旋光波穿过大气湍流会形成轨道角动量模式间的串扰,空间分集配置的多束涡旋光波也会引入倾斜相位而引起串扰分布的失真.为了去除因光束倾斜导致的串扰分布失真,对接收光波进行相位补偿,以此来重建涡旋光束的涡旋相位.采用光波传输计算机仿真,模拟了大气湍流对串扰分布的影响和倾斜相位导致的串扰失真.通过相位补偿去除倾斜相位影响,发现多光束配置可以明显改善串扰分布失真,提高检测涡旋光束拓扑荷数的准确性.     

Kerr介质中双模纠缠相干光场与Bell态原子相互作用系统的原子布居数演化

运用全量子理论和数值计算方法, 研究Kerr介质腔中处于Bell态的两个全同二能级纠缠原子与双模纠缠相干光场相互作用系统的原子布居数演化特性. 讨论了双原子体系的初态、 初始光场的平均光子数、 双模纠缠相干光场的纠缠程度及Kerr介质与双模光场的耦合强度对原子布居时间演化特性的影响. 结果表明, 当双原子体系的初态为|β₁₁〉时, 原子布居均不随时间变化; 当双原子体系的初态为|β₀₀〉,|β₀₁〉或|β₁₀〉且初始平均光子数达到一定值时, 演化特性呈现周期性的崩塌-回复效应, 并随初始光子数的增加, 其演化曲线的振荡频率增大, 振幅减小; 双模纠缠相干光场的纠缠程度不影响Rabi振荡频率, 但对振幅影响显著; Kerr介质与光场耦合系数达到一定值时, 对Rabi振荡频率和幅度及原子布居的崩塌-回复周期产生强烈影响.      

利用灰度掩膜光刻技术制备螺旋相位片

螺旋相位片(Spiral phase plate简称SPP)是产生轨道角动量光束的一种重要光学器件,在光束调控、量子信息等领域有着重要应用.本文提出了一种基于计算机打印灰度掩膜的螺旋相位片的加工方法,详细讨论了SPP设计方法和光刻工艺,并实验制作了拓扑电荷为3的螺旋相位片,利用马赫-策德尔干涉仪实验对SPP产生涡旋光束进行了检测,获得良好的螺旋相位干涉图.本文的研究结果为低成本、高质量、高效率的螺旋相位片加工技术提供了一种有用途径.     

基于差分的激光自混合光栅干涉位移测量

为使信号在不失真的情况下降低共模噪声的干扰,提高激光自混合光栅干涉信号的信噪比,提出了一种基于差分技术的激光自混合光栅干涉位移测量方法。+1级衍射光被振动物体反射后返回激光腔,发生自混合干涉,并由封装在激光器内的光电探测器PD₁接收,0级衍射光由外置PD₂接收。根据半导体激光器前后向输出存在180°相位差的原理,两光束所携带的自混合干涉信号相位相反,而叠加的噪声是部分相关的,因此对两个干涉信号进行差分能消除部分噪声。通过对差分后的自混合信号处理,可以重构出位移。实验结果表明,差分后的重构振动波形的平均误差更小,信号更平稳,且差分后的干涉信号的信噪比提高3 dB以上。     

团簇MnPS3磁学性质分析

为探究团簇MnPS₃的磁学性质，设计了团簇MnPS₃的初始构型，并运用密度泛函理论(density functional theory, DFT)在B3LYP/def2-tzvp水平下对其进行优化处理，最终得到6种单重态和3种三重态稳定构型.利用Multiwfn程序计算团簇MnPS₃三重态构型的成单电子数、自旋布居数、自旋磁矩、轨道态密度及电子自旋密度差等磁性相关数据.结果表明，各轨道对团簇MnPS₃磁性的贡献大小为d轨道>p轨道>s轨道>f轨道；金属Mn原子对团簇MnPS₃磁性的影响较大，非金属原子P和S对团簇MnPS₃磁性的影响较小；d轨道态密度图对称性较差，且对应峰值相差较大，故d轨道是团簇MnPS₃磁性的主要贡献者.     

关于方程φ6（n）=n/d的一个注记

设n、d为正整数，且d|n,利用φ₆（n）的准确计算公式及初等的方法和技巧，对一类特殊正整数n,在文献(张四保.西南大学学报（自然科学版）,2019,41（12）:50-56.)的基础上补充了方程φ₆（n）=n/d的部分正整数解（n, d）.     

联合升降轨时序InSAR的金沙江滑坡群隐患识别

针对单一轨道合成孔径雷达干涉(InSAR)观测结果难以完整识别滑坡隐患的问题，在小基线子集(SBAS)算法基础上引入时间约束因子，结合时空基线组合优化与升降轨联合解算策略，提出了长时序InSAR二维形变提取模型与方法.针对白玉县和贡觉县交界处的金沙江沿线滑坡易发区，采用2018年-2022年的Sentinel-1A升降轨影像数据集开展时序InSAR形变解算，识别得到了金沙江深切峡谷区域的10处滑坡隐患及其空间分布，探明5处特大滑坡隐患(单体超过5 000万m³，最大形变速率超过-70 mm/a)，进一步解算得到了各滑坡点的滑移方向及量值，并结合降水数据总结归纳了滑坡的季节性演化特征与长期发展趋势.相关研究结果可为该区域的地质灾害防治与重大基础设施建设提供重要的参考数据和信息支撑.