涡旋波束携带的轨道角动量(OAM)模态在通信容量提高、同时同频多路信息调制等领域具有重要的应用前景,但涡旋波束经复杂介质环境后会造成波束场幅度和相位扰动,进而引起信道串扰、高误码率等问题。基于ResNeXt网络,提出了一种基于实测涡旋波束扰动场的图像,识别扰动场OAM谱分布的方法。以涡旋贝塞尔波束入射玻璃板的实验图像为例,利用所提方法进行OAM谱识别,对于不同入射方向情况下的场幅度图像,通过优化后的ResNeXt网络获得了透射场的OAM谱分布结果,对识别结果进行谱分布重构,并与数值计算结果进行对比,分析误差。结果表明,优化后的ResNeXt网络可以有效地识别出穿过玻璃介质之后的入射角为0°~45°的贝塞尔波束的透射场OAM谱分布,由于谱分布的弥散程度随着入射角度的增大而增大,与理论计算结果相比,主模相对误差亦随角度的增大而增大,但最大不超过22.86%。

提出一种轴棱锥-透镜-轴棱锥的相位透镜组结构,对该结构进行理论分析和模拟仿真计算,并采用快速三维打印技术制备的轴棱锥进行实验验证,获得无衍射长度接近1000 mm的太赫兹贝塞尔波束。该波束的无衍射区域不再紧贴轴棱锥,而是具有约100 mm的投送距离。该研究结果可促进太赫兹贝塞尔波束在大景深成像方面的应用。

在太赫兹频段, 基于准光理论与技术构建了3种类型的贝塞尔谐振腔, 即稳定贝塞尔高斯谐振腔、贝塞尔谐振腔、非稳定贝塞尔高斯谐振腔。为了严格分析腔内的衍射场分布特性, 通过边界元素法求解迭代并矢格林函数(IDGF), 并利用IDGF算法计算腔内的三维自再现模。分析比较3种类型的贝塞尔谐振腔的零阶模和高阶模特性, 给出比较结果。所实现的贝塞尔波束或贝塞尔高斯波束有望用于准光或太赫兹频段的通信、测量和成像等方面。

基于面积分方程的矩量法及其快速算法研究了复杂含核粒子对任意入射贝塞尔波束的散射特性. 将零阶贝塞尔束的矢量解和坐标系旋转理论相结合, 推导出任意入射贝塞尔波束电磁场分量的数学表达式. 根据等效原理, 建立了求解具有任意形状和复杂内部结构含核粒子散射问题的面积分方程. 对贝塞尔波束任意入射下一些复杂含核粒子的散射进行了数值模拟, 结果表明: 贝塞尔波束入射时的微分散射截面要小于平面波入射时的微分散射截面, 且随着半锥角的减小而增大;当波束中心的位置远离粒子中心时, 微分散射截面会减小;微分散射截面对波束的入射角非常敏感. 这为激光对微粒的探测、诊断以及操纵技术提供有益帮助.

基于广义洛伦兹米理论，研究了偏心球粒子对在轴入射零阶贝塞尔波束的散射。利用球矢量波函数展开，给出了空间各区域电磁场的展开形式以及远场散射场表达式，并利用电磁场的边界条件，给出了各系数关系形式。通过与面积分方程方法的数值结果对比，验证了理论的正确性。数值分析了波束锥型角、偏心球内核介质折射系数、偏心距、内核半径等波束、偏心球参数对远场散射的影响。