涡旋光束

　　《涡旋光束/变革性光科学与技术丛书》首先介绍了涡旋光束的基本性质和标量衍射理论，并以此为基础，系统的介绍了涡旋光束及涡旋光束阵列的生成方法、轨道角动量的检测方法、畸变涡旋光束的自适应补偿方法与技术、矢量涡旋光束与完美涡旋光束的相关理论与技术，后介绍了涡旋光束的应用技术。

　　高春清，北京理工大学教授，博导。北京理工大学获学士和硕士学位，德国柏林工业大学获博士学位。2001年起为北京理工大学教授，2002年起博士生导师。主要研究单频激光器、新波长激光器、光场调控技术等。作为负责人主持国家自然科学基金重大科研仪器项目、自然科学基金重点项目、科技部重点研发课题、重点预研项目等科研项目20余项，发表论文200余篇，SCI检索百余篇，获得发明专利授权20项，出版著作2部，合编教材1本。获得部级二、三等奖各1项。2005年入选教育部新世纪优秀人才支持计划。多次受邀担任国际国内光电子领域学术会议的专题主席。担任中国光学学会第六、七届理事，中国电子学会光电子与量子电子学分会副主任委员，中国光学学会光电专委会常委、基础光学专委会、激光专委会委员，中国仪器仪表学会光机电技术与系统集成分会常务理事，是固体激光技术国防科技重点实验室、光子测控技术教育部重点实验室、中科院功能晶体与激光技术重点实验室等的学术委员会委员，是《先进激光技术》丛书编委、Frontiers of Opto-Electronics、《激光与红外》、《红外与激光工程》、《应用光学》等刊物编委等。

第1章 涡旋光束的基本性质
1．1 涡旋光束概述
1．2 涡旋光束的特性
1．2．1 坡印亭矢量
1．2．2 轨道角动量
1．2．3 正交性
1．2．4 镜像性
1．3 涡旋光束的轨道角动量谱
1．3．1 螺旋谐波展开
1．3．2 旋转算符
1．4 常见的涡旋光束
1．4．1 拉盖尔高斯光束
1．4．2 贝塞尔光束
1．4．3 贝塞尔高斯光束
参考文献
第2章 标量衍射理论
2．1 惠更斯菲涅尔原理
2．2 基尔霍夫衍射积分
2．2．1 基尔霍夫定律
2．2．2 基尔霍夫衍射积分公式
2．2．3 瑞利索末菲衍射积分公式
2．2．4 衍射积分公式的普适形式
2．3 角谱理论
2．3．1 角谱的概念
2．3．2 角谱的传播
2．4 菲涅尔衍射
2．4．1 菲涅尔近似
2．4．2 菲涅尔衍射传递函数
2．4．3 菲涅尔衍射变换
2．5 夫琅禾费衍射
2．5．1 夫琅禾费近似
2．5．2 夫琅禾费衍射的观察方法
2．6 柯林斯积分公式
2．6．1 轴对称傍轴光学系统的ABCD矩阵
2．6．2 等效傍轴透镜系统
2．6．3 柯林斯积分公式的导出
参考文献
第3章 涡旋光束的生成技术
3．1 腔内法
3．1．1 腔内选模
3．1．2 数字激光器
3．2 腔外转化法
3．2．1 模式转换器
3．2．2 螺旋相位片
3．2．3 叉形光栅
3．3 相位型衍射涡旋光栅
3．3．1 液晶空间光调制器
3．3．2 相位光栅模拟振幅光栅的方法
3．3．3 利用相位型衍射涡旋光栅生成涡旋光束
3．4 偏振调制法
3．4．1 组合半波片
3．4．2 q波片
3．5 涡旋光束发射器
3．5．1 回音壁模式
3．5．2 角向光栅对模式的选择
3．6 多模混合涡旋光束的生成
3．6．1 多模混合涡旋光束的光场特征
3．6．2 合束法
3．6．3 干涉仪法
3．6．4 相位光栅法
3．6．5 迭代法
3．6．6 模式搜索算法
3．7 贝塞尔高斯光束的生成
3．7．1 轴棱镜法
3．7．2 环形缝法
参考文献
第4章 涡旋光束阵列
4．1 基本涡旋光束阵列
4．1．1 复合叉形光栅与3×3偶极涡旋光束阵列
4．1．2 3×3单极涡旋光束阵列
4．1．3 阶次非对称分布的3×3涡旋光束阵列
4．2 复杂阵列的设计与优化
4．2．1 衍射光栅的傅里叶展开
4．2．2 GS算法与光栅的优化
4．2．3 达曼光栅
4．3 二维涡旋光束阵列
4．3．1 达曼涡旋光栅与基本矩形阵列
4．3．2 特殊矩形阵列
4．3．3 环形阵列
4．4 三维涡旋光束阵列
4．4．1 达曼波带片
4．4．2 三维涡旋光束阵列的生成
参考文献
第5章 涡旋光束的测量技术
5．1 轨道角动量的基本测量方法
5．1．1 扭矩测量法
5．1．2 光强二阶矩分析法
5．1．3 利用旋转多普勒效应测量轨道角动量
5．1．4 利用轨道角动量谱与旋转算符全平均值共轭关系测量
轨道角动量
5．2 干涉测量法
5．2．1 涡旋光束与平面波的干涉
5．2．2 干涉法测螺旋相位
5．2．3 涡旋光束的杨氏双缝干涉
5．2．4 利用马赫曾德尔干涉仪分离光束的轨道角动量
5．3 衍射测量法
5．3．1 三角孔衍射
5．3．2 角向双缝衍射
5．3．3 柱透镜
5．3．4 倾斜透镜
5．3．5 周期渐变光栅
5．3．6 相位型周期渐变衍射光栅
5．3．7 环形光栅
5．3．8 复合叉形光栅测量法
5．3．9 标准达曼涡旋光栅测量法
5．3．1 0整合达曼涡旋光栅测量法
5．4 偏振测量法
5．4．1 组合半波片测量法
5．4．2 组合偏振片测量法
5．5 轨道角动量谱的测量
5．5．1 复振幅推演法
5．5．2 灰阶算法
5．5．3 模式分束器
参考文献
第6章 涡旋光束的畸变校正技术
6．1 大气湍流理论模型基础
6．1．1 科尔莫戈罗夫大气湍流理论
6．1．2 折射率的功率谱密度
6．1．3 相位的功率谱密度
6．1．4 大气湍流相位屏的建立
6．2 大气湍流对涡旋光束的影响
6．2．1 激光在大气湍流中的传输效应
6．2．2 螺旋相位畸变
6．2．3 轨道角动量谱展宽
6．2．4 湍流对不同光场分布的涡旋光束的影响
6．3 自适应光学畸变校正技术简介
6．4 夏克哈特曼补偿方法
6．4．1 夏克哈特曼波前传感器基本原理
6．4．2 基于夏克哈特曼方法的畸变涡旋光束补偿
6．5 GS相位恢复算法
6．5．1 GS相位恢复算法基本原理
6．5．2 有探针校正
6．5．3 无探针校正
6．6 其他涡旋光束校正方法
6．6．1 基于泽尼克多项式的随机并行梯度下降算法
6．6．2 数字信号处理方法
参考文献
第7章 矢量光束与矢量涡旋光束
7．1 矢量光束概述
7．1．1 矢量光束的贝塞尔高斯解
7．1．2 矢量光束的拉盖尔高斯解
7．1．3 矢量光束的琼斯矢量表示
7．1．4 半波片对矢量光束偏振分布的转换
7．2 矢量光束的基本生成方法
7．2．1 腔内生成
7．2．2 亚波长光栅
7．2．3 利用组合偏振片生成矢量光束
7．2．4 利用组合半波片生成矢量光束
7．2．5 利用q波片生成矢量光束
7．3 矢量光束的相干合成
7．3．1 相干合成法的基本原理
7．3．2 萨奈克干涉合成
7．3．3 类萨奈克干涉合成
7．3．4 泰曼格林干涉合成
7．3．5 沃拉斯顿棱镜合成
7．3．6 液晶空间光调制器级联法
7．4 轴向偏振态谐振
7．4．1 轴向偏振态谐振的基本原理
7．4．2 轴向偏振态谐振矢量光束的生成
7．5 偏振庞加莱球理论
7．5．1 斯托克斯矢量和基本庞加莱球
7．5．2 高阶斯托克斯矢量和高阶庞加莱球
7．5．3 杂合庞加莱球
7．6 矢量涡旋光束
7．6．1 矢量涡旋光束概述
7．6．2 生成矢量涡旋光束
7．7 矢量涡旋光束阵列
7．7．1 生成矢量涡旋光束阵列的基本原理
7．7．2 矢量涡旋光束阵列的模式控制
7．7．3 几个生成矢量涡旋光束阵列的实例
参考文献
第8章 完美涡旋光束
8．1 完美涡旋光束概述
8．1．1 完美涡旋光束的理论模型
8．1．2 完美涡旋光束与贝塞尔高斯光束的关系
8．1．3 完美涡旋光束的自由空间传输特性
8．1．4 不同光场分布的涡旋光束间的相互转化
8．2 完美涡旋光束的生成
8．2．1 轴棱镜生成法
8．2．2 贝塞尔光束相息图法
8．3 完美涡旋光束的测量
8．3．1 干涉测量法
8．3．2 衍射测量法
8．4 完美矢量涡旋光束
8．4．1 完美矢量涡旋光束的特点
8．4．2 完美矢量涡旋光束的生成原理
8．4．3 完美矢量涡旋光束的生成技术
8．5 完美涡旋光束阵列
8．5．1 完美标量涡旋光束阵列
8．5．2 完美矢量涡旋光束阵列
参考文献
第9章 涡旋光束的应用
9．1 超大容量光通信
9．1．1 大容量涡旋光束光通信原理
9．1．2 轨道角动量模式的复用与解复用
9．1．3 涡旋光束MDM通信系统中不同模式间的信息交换
9．1．4 贝塞尔高斯光束MDM通信技术
9．1．5 轨道角动量编码通信技术
9．1．6 矢量涡旋光束编码通信技术
9．1．7 大容量涡旋光束通信面临的机遇与挑战
9．2 旋转体探测
9．2．1 涡旋光束的旋转多普勒效应
9．2．2 旋转多普勒效应的波动理论分析
9．2．3 旋转多普勒频移的观测
9．2．4 涡旋光束旋转体探测实例
9．2．5 可消除障碍物影响的旋转体探测
9．3 涡旋光束的其他应用
9．3．1 光镊
9．3．2 测量流体的涡量
9．3．3 激光加工
参考文献