一种基于热光效应获得空心光束的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于热光效应获得空心光束的装置，包括泵浦激光束的产生装置和探测激光束的产生装置，其特征在于，还包括聚焦透镜、第一半波片、第一偏振分光棱镜、装有醇类溶液的比色皿、第二半波片、第二偏振分光棱镜和成像装置；泵浦激光束依次经过聚焦透镜、第一半波片和第一偏振分光棱镜聚焦到比色皿；探测激光束依次经过第二半波片、第二偏振分光棱镜、比色皿和第一偏振分光棱镜进入成像装置。本发明专利技术还公开了上述装置获得空心光束的方法。本发明专利技术中泵浦激光束使醇类溶液的折射率发生非线性变化，与泵浦激光束反向共线的探测激光束通过醇类溶液后，在出射端面处产生附加相移，使远场光强重新分布，产生由中心暗斑和同心圆组成的空心光束。

【技术实现步骤摘要】
一种基于热光效应获得空心光束的装置及方法
本专利技术属于非线性光学应用领域，具体涉及一种基于热光效应获得空心光束的装置及方法。
技术介绍
空心光束是指在传播方向上中心光强极低或者为零的环状光束。空心光束独特的光强分布使得其在微观粒子的光学囚禁、光学扳手、光学导管和超分辨显微成像等领域有着非常重要的应用价值。目前，能够获得空心光束的方法主要有横模选择法、几何光学法、光学全息法、中空光纤法和位相片法等，然而这些方法涉及到光学系统结构复杂、装置价格昂贵，而且据这些方法所获得的空心光束的中心暗斑尺寸难以控制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于热光效应获得空心光束的装置及方法，通过设置泵浦激光束和醇类溶液来使探测激光束产生附加相移，进而改变探测激光束的远场横向强度，得到由中心暗斑和同心圆组成的空心光束，通过改变醇类溶液的浓度和泵浦激光束的功率可以实现对所获得空心光束中心暗斑尺寸的控制。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于热光效应获得空心光束的装置，包括泵浦激光束的产生装置和探测激光束的产生装置，其特征在于：还包括聚焦透镜、第一半波片、第一偏振分光棱镜、装有醇类溶液的比色皿、第二半波片、第二偏振分光棱镜和成像装置；所述泵浦激光束依次经过所述聚焦透镜、第一半波片和第一偏振分光棱镜聚焦到所述比色皿；所述探测激光束依次经过第二半波片、第二偏振分光棱镜、比色皿和第一偏振分光棱镜后进入成像装置；聚焦到比色皿的泵浦激光束与经过所述比色皿的探测激光束反向共线；所述泵浦激光束和探测激光束均为高斯光束；泵浦激光束的波长处于醇类溶液的吸收波长处。上述的一种基于热光效应获得空心光束的装置，其特征在于：聚焦到比色皿的泵浦激光束为水平偏振光；进入比色皿的探测激光束为垂直偏振光。上述的一种基于热光效应获得空心光束的装置，其特征在于：所述泵浦激光束的产生装置为产生泵浦激光束的激光器；所述探测激光束的产生装置为产生探测激光束的激光器。上述的一种基于热光效应获得空心光束的装置，其特征在于：所述泵浦激光束的产生装置包括依次设置于同一光路上的激光器、第三半波片和第三偏振分光棱镜，透过所述第三偏振分光棱镜的光束为泵浦激光束；所述探测激光束的产生装置包括位于第三偏振分光棱镜的反射光路上的第一反射镜，和位于第一反射镜的反射光路上的第二反射镜，第二反射镜反射的光束为探测激光束。上述的一种基于热光效应获得空心光束的装置，其特征在于：所述成像装置包括CCD相机或CMOS相机。上述的一种基于热光效应获得空心光束的装置，其特征在于：所述醇类溶液包括甲醇溶液、乙醇溶液、丙醇溶液或丁醇溶液。此外，本专利技术还提供一种采用上述的装置获得空心光束的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将泵浦激光束依次通过聚焦透镜、第一半波片、第一偏振分光棱镜后聚焦于装有醇类溶液的比色皿中；步骤二、将探测激光束依次经过第二半波片、第二偏振分光棱镜、比色皿和第一偏振分光棱镜后进入成像装置；步骤三、调整泵浦激光束的功率使成像装置上出现明显的中心暗斑和同心圆环图样；步骤四、调整步骤三得到的中心暗斑的尺寸。上述的方法，其特征在于，步骤一中透过第一偏振分光棱镜的泵浦激光束为水平偏振光。上述的方法，其特征在于，步骤二中经所述第二偏振分光棱镜反射的探测激光束为垂直偏振光。上述的方法，其特征在于，步骤三中通过调节第一半波片的角度调整泵浦激光束功率。上述的方法，其特征在于，步骤四中通过调整泵浦激光束的功率和/或改变醇类溶液的浓度调整中心暗斑尺寸。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术基于热光效应，通过设置泵浦激光束和醇类溶液来获得空心光束。醇类溶液吸收泵浦激光束的能量产生温度梯度，产生温度梯度的醇类溶液的折射率发生非线性变化，探测激光束与泵浦激光束反向共线，探测激光束通过该折射率发生非线性变化的醇类溶液后，在醇类溶液的出射端面处产生附加相移，使其远场的光强重新分布，产生由中心暗斑和同心圆组成的空心光束。2、本专利技术通过改变醇类溶液的浓度和泵浦激光束的功率可以实现对所获得空心光束中心暗斑尺寸的控制。3、本专利技术的分析装置结构简单，操作方便，设计合理，成本低易于推广。下面结合附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术的实施例1的基于热光效应获得空心光束的装置的结构示意图。图2为本专利技术的实施例2的基于热光效应获得空心光束的装置的结构示意图。图3为本专利技术实施例3中泵浦激光束的功率为50mW；乙醇与去离子水的体积比为7:3时所获得的空心光束的光斑图。图4为本专利技术实施例3中泵浦激光束的功率为100mW；乙醇与去离子水的体积比为7:3时所获得的空心光束的光斑图。图5为本专利技术实施例3中泵浦激光束的功率为150mW；乙醇与去离子水的体积比为7:3时所获得的空心光束的光斑图。图6为本专利技术实施例3中泵浦激光束的功率为200mW；乙醇与去离子水的体积比为1:4时所获得的空心光束的光斑图。图7为本专利技术实施例3中泵浦激光束的功率为200mW；乙醇与去离子水的体积比为3:7时所获得的空心光束的光斑图。图8为本专利技术实施例3中泵浦激光束的功率为200mW；乙醇与去离子水的体积比为1:1.5时所获得的空心光束的光斑图。附图标记说明:1—第一激光器；2—第二激光器；3—聚焦透镜；4—第一半波片；5—第一偏振分光棱镜；6—比色皿；7—第二偏振分光棱镜；8—第二半波片；9—成像装置；10—激光器；11—第三半波片；12—第三偏振分光棱镜；13—第一反射镜；14—第二反射镜。具体实施方式实施例1如图1，本实施例的装置，包括泵浦激光束1的产生装置和探测激光束2的产生装置，还包括聚焦透镜3、第一半波片4、第一偏振分光棱镜5、装有醇类溶液的比色皿6、第二半波片8、第二偏振分光棱镜7和成像装置9；所述泵浦激光束1依次经过所述聚焦透镜3、第一半波片4和第一偏振分光棱镜5聚焦到所述比色皿6；所述探测激光束2依次经过第二半波片8、第二偏振分光棱镜7、比色皿6和第一偏振分光棱镜5后进入成像装置9；聚焦到比色皿6的泵浦激光束1与经过所述比色皿6的探测激光束2反向共线；所述聚焦透镜3的焦距为200mm；所述反向共线为聚焦到比色皿6的泵浦激光束与经过所述比色皿6的探测激光束的传播方向相反且为共线传播；所述泵浦激光束1和探测激光束2均为高斯光束；泵浦激光束1的波长处于醇类溶液的吸收波长处。透过所述第一偏振分光棱镜5后聚焦到比色皿6的泵浦激光束1为水平偏振光；进入比色皿6的探测激光束2为垂直偏振光。所述泵浦激光束1的产生装置为产生泵浦激光束的激光器；所述探测激光束2的产生装置为产生探测激光束的激光器；泵浦激光束1的产生装置包括连续可调谐的环形钛宝石激光器或外腔式半导体激光器；探测激光束2的产生装置包括连续可调谐的环形钛宝石激光器或外腔式半导体激光器；本实施例中，泵浦激光束1的产生装置为连续可调谐的环形钛宝石激光器，也可用外腔式半导体激光器替换；探测激光束2的产生装置为外腔式半导体激光器，也可用连续可调谐的环形钛宝石激光器替换。成像装置9为CCD相机，也可用CMOS相机替代。所述醇类溶液包括甲醇溶液、乙醇溶液、丙醇溶液或丁醇溶液。实施例2如图2，包括泵浦激光束1的产生装置和探测激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于热光效应获得空心光束的装置，包括泵浦激光束(1)的产生装置和探测激光束(2)的产生装置，其特征在于：还包括聚焦透镜(3)、第一半波片(4)、第一偏振分光棱镜(5)、装有醇类溶液的比色皿(6)、第二半波片(8)、第二偏振分光棱镜(7)和成像装置(9)；所述泵浦激光束(1)依次经过所述聚焦透镜(3)、第一半波片(4)和第一偏振分光棱镜(5)聚焦到所述比色皿(6)；所述探测激光束(2)依次经过第二半波片(8)、第二偏振分光棱镜(7)、比色皿(6)和第一偏振分光棱镜(5)后进入成像装置(9)；聚焦到比色皿(6)的泵浦激光束(1)与经过所述比色皿(6)的探测激光束(2)反向共线；所述泵浦激光束(1)和探测激光束(2)均为高斯光束；泵浦激光束(1)的波长处于醇类溶液的吸收波长处。

【技术特征摘要】
1.一种基于热光效应获得空心光束的装置，包括泵浦激光束(1)的产生装置和探测激光束(2)的产生装置，其特征在于：还包括聚焦透镜(3)、第一半波片(4)、第一偏振分光棱镜(5)、装有醇类溶液的比色皿(6)、第二半波片(8)、第二偏振分光棱镜(7)和成像装置(9)；所述泵浦激光束(1)依次经过所述聚焦透镜(3)、第一半波片(4)和第一偏振分光棱镜(5)聚焦到所述比色皿(6)；所述探测激光束(2)依次经过第二半波片(8)、第二偏振分光棱镜(7)、比色皿(6)和第一偏振分光棱镜(5)后进入成像装置(9)；聚焦到比色皿(6)的泵浦激光束(1)与经过所述比色皿(6)的探测激光束(2)反向共线；所述泵浦激光束(1)和探测激光束(2)均为高斯光束；泵浦激光束(1)的波长处于醇类溶液的吸收波长处。2.按照权利要求1所述的一种基于热光效应获得空心光束的装置，其特征在于：聚焦到比色皿(6)的泵浦激光束(1)为水平偏振光；进入比色皿(6)的探测激光束(2)为垂直偏振光。3.按照权利要求1所述的一种基于热光效应获得空心光束的装置，其特征在于：所述泵浦激光束(1)的产生装置为产生泵浦激光束的激光器；所述探测激光束(2)的产生装置为产生探测激光束的激光器。4.按照权利要求1所述的一种基于热光效应获得空心光束的装置，其特征在于：所述泵浦激光束(1)的产生装置包括依次设置于同一光路上的激光器(10)、第三半波片(11)和第三偏振分光棱镜(12)，透过所述第三偏振分光棱镜(12)的光束为泵浦激光束(1)；所述探测激光束...

【专利技术属性】
技术研发人员：程雪梅，张倩，陈浩伟，白晋涛，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61