艾里光束是一種無衍射光束，具有傳統(tǒng)高斯光束所不具備的特征，如自彎曲和自愈特性，以及非對稱的光場分布。本書采用波動光學方法和矩陣光學方法，系統(tǒng)地研究了艾里光束在各種光學介質(zhì)中的傳播特征，分析不同光學介質(zhì)對艾里光束信號的調(diào)制效果。本書內(nèi)容包括：傍軸光束和艾里光束的基本理論、艾里光束在單軸晶體中的傳播特征、艾里光束在非均勻光學介質(zhì)中的傳播、艾里光束的自旋輸運研究。本書對于進一步探究無衍射光束的應用與發(fā)展有一定的指導意義，可以為基于艾里光束的光場調(diào)控技術(shù)的研究提供參考。本書可供從事光學信息調(diào)控技術(shù)的科研人員使用，也可供高等院校相關專業(yè)師生參考。
本書采用波動光學方法和矩陣光學方法，系統(tǒng)地介紹艾里光束在自由空間以及不同的光學介質(zhì)中的傳播特征，分析不同光學介質(zhì)對艾里光束信號的調(diào)制效果。同時，由于艾里光束具有特殊的非對稱光場分布，也考慮了自旋軌道耦合對艾里光束傳播的影響。對于進一步探究艾里光束及其他自加速光束的應用與發(fā)展有一定的學術(shù)價值，可以為基于光波導的光學器件設計提供參考。
艾里光束是一種無衍射光束，具有自彎曲和自愈特性，艾里光束還具有非軸對稱的光場分布，這些都是傳統(tǒng)的高斯光束所不具備的奇異特征。艾里光束在非均勻光學介質(zhì)中傳播時，非均勻性將會導致自旋軌道耦合，同樣也會出現(xiàn)自旋霍爾效應。本書主要研究艾里光束在各種光學介質(zhì)中的傳播特征，其研究內(nèi)容對于進一步加深對無衍射光束的理解有一定的學術(shù)價值，可以為基于艾里光束的光場調(diào)控技術(shù)研究提供參考。
本書是筆者在長期對光電信息調(diào)控技術(shù)研究的基礎上撰寫而成。本書從基本的傍軸光學理論出發(fā)，系統(tǒng)介紹了艾里光束在自由空間以及各種光學介質(zhì)中的傳播行為，揭示了光場內(nèi)稟結(jié)構(gòu)對光束傳播的影響。全書內(nèi)容共分為5章。第1章介紹了傍軸光學基本理論以及幾種基本的結(jié)構(gòu)光場；第2章介紹了艾里光束的基本概念，包括艾里光束的無衍射、自彎曲(自加速)、自愈特征；第3章介紹了艾里光束在單軸晶體中的傳播特征，分垂直于光軸和平行于光軸兩種情況進行討論；第4章介紹了艾里光束傳播的研究方法，包括艾里光束在手性介質(zhì)和非均勻介質(zhì)中的傳播；第5章介紹了艾里光束在非均勻光學介質(zhì)中的自旋輸運特征。
本書的出版得到國家自然科學基金項目(11974101)的資助及河南科技大學的大力支持，在此表示感謝!
限于筆者水平，書中內(nèi)容有不妥之處在所難免，懇請讀者給予批評指正。
著者
2022年10月
第1章傍軸光束基本理論
1.1傍軸波動方程2
1.1.1傍軸近似2
1.1.2傍軸波動方程4
1.2高斯光束7
1.2.1高斯光束復振幅7
1.2.2高斯光束的特征8
1.3傍軸光束類型10
1.3.1無衍射傍軸光束10
1.3.2渦旋光束12
1.3.3矢量光束14
第2章艾里光束的基本描述
2.1艾里光束18
2.1.1艾里光束的復振幅18
2.1.2艾里光束的場分布19
2.2艾里光束的傳播特征22
2.2.1無衍射特征22
2.2.2自加速特征23
2.2.3自愈特征24
第3章艾里光束在單軸晶體中的傳播特征
3.1光的單軸晶體中的傳播理論28
3.1.1光垂直于光軸入射28
3.1.2光沿光軸入射46
3.2艾里光束在單軸晶體中的傳播特征55
3.2.1艾里光束垂直于光軸入射55
3.2.2艾里光束沿光軸入射66
第4章艾里光束在非均勻光學介質(zhì)中的傳播
4.1艾里光束在手性介質(zhì)中的傳播76
4.1.1手性介質(zhì)的光學變換矩陣76
4.1.2艾里光束在手性介質(zhì)中的演化規(guī)律77
4.2艾里光束在非均勻介質(zhì)中的相變82
4.2.1基于波動光學的艾里光束相變研究82
4.2.2基于矩陣光學的艾里光束相變研究97
第5章艾里光束的自旋輸運研究
5.1光的自旋霍爾效應和貝里相位104
5.1.1非均勻介質(zhì)中的自旋霍爾效應104
5.1.2絕熱演化與貝里幾何相位109
5.1.3貝里幾何相位的經(jīng)典光學測量111
5.2基于復幾何光學的高斯光束演化115
5.3基于矩陣光學的傍軸光束傳播120
5.3.1非均勻介質(zhì)光學系統(tǒng)的傳播矩陣121
5.3.2柯林斯衍射積分的修正133
5.3.3包含自旋軌道耦合修正的光學矩陣134
5.4基于矩陣光學方法的自旋光輸運研究137
5.5艾里光束在非均勻介質(zhì)中的自旋輸運143
5.5.1線性非均勻介質(zhì)中的艾里光束自旋輸運效應144
5.5.2拋物線形非均勻介質(zhì)中的艾里光束自旋輸運效應149
參考文獻
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