螺旋相位调制OAM光束的倍频与传播特性研究

"该文研究了螺旋相位调制型轨道角动量(OAM)光束在非线性倍频过程中的特性和传播行为。通过分析OAM光场的传播演化，提出了一种利用这种光场作为非线性效应研究的新方法。文中详细介绍了基于三波耦合模型和柯林斯路径积分理论计算二次谐波光场和衍射传播的解析表达式。实验部分使用飞秒钛宝石激光器和4f相干成像系统，将OAM演化波源成像于倍频晶体，观察并测量了不同阶数OAM波源的二次谐波输出功率，对比了演化后的OAM模式倍频效果。研究表明，选择在演化波源附近进行非线性作用可以有效解决高维OAM模式的光斑过大和光场重叠问题，从而提高非线性转换效率，对于高维OAM光场的高效非线性调控具有重要意义。" 本文主要探讨了以下几个关键知识点： 1. 轨道角动量光束：光束可以通过螺旋相位调制携带轨道角动量，这种特殊的光束在传播过程中表现出独特的特性，例如光束的拓扑结构和自旋-轨道相互作用。 2. 非线性光学：在非线性光学中，频率倍增是一种常见的现象，通过特定的非线性材料可以使一个频率的光转化为两个或多个不同频率的光，这里涉及到的是二次谐波产生。 3. 三波耦合模型：这是一种用于描述非线性光学过程的理论模型，其中三个波（基频、一次谐波和二次谐波）在非线性介质中相互作用。 4. 柯林斯路径积分理论：在量子力学和光学中，路径积分是一种计算量子效应的方法，此处应用于描述光的衍射传播过程。 5. 4f相干成像系统：这种系统用于保持光束的傅里叶特性，通常用于光束整形、聚焦和探测等光学实验中。 6. 二次谐波光场：当高能光束通过非线性介质时，可以产生频率是输入光两倍的光束，即二次谐波。 7. 传播特性研究：研究光束在空间中的传播和演化，特别是OAM光束在非线性倍频过程中的传播行为，对于理解和优化非线性转换效率至关重要。 8. 高维OAM光场的非线性调控：高阶OAM模式的光束往往具有较大的光斑尺寸，这可能降低非线性效应的效率。通过选择合适的非线性作用区，可以有效地解决这个问题，提高光束转换效率。 文章的实验结果表明，通过精心设计实验条件，尤其是选择合适的非线性作用区域，可以显著改善高维OAM光束的非线性转换性能，这对于未来在量子通信、信息处理和光学数据存储等领域有着潜在的应用价值。