一种类艾里光束的产生方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种类艾里光束的产生方法，其包括以下步骤：(1)由激光器发出高斯光束，并将所述高斯光束进行准直和扩束；(2)将准直扩束后的高斯光束投射到分光棱镜上以进行分光；(3)在空间光调制器上预先加载一相位图形，并通过加载了相位图形的空间光调制器对将分光后的高斯光束进行相位调制，其中，所述相位图形为通过计算机在原立方相位中x轴与y轴之间引入旋转角度θ因子得到，所述旋转角度θ满足：0°＜θ＜360°；(4)将经过相位调制后的高斯光束通过一傅里叶透镜进行傅里叶变换，得到类艾里光束。本发明专利技术还涉及一种类艾里光束的产生装置。

【技术实现步骤摘要】
一种类艾里光束的产生方法及装置
本专利技术涉及光学领域，尤其涉及一种类艾里光束的产生方法及装置。
技术介绍
量子力学中的薛定谔方程给出了多种无衍射波的理论预言，后来通过薛定谔方程和衍射中的旁轴方程之间的数学对应关系，开始在光学领域系统地研究无衍射光束。三十多年前，Berry和Balazs在量子力学领域做了一个重要的预言：薛定谔方程具有一个遵循艾里函数的波包解。理论研究发现，艾里波包具有一些显著的特性：无衍射、自横向加速，自愈等。Berry认为，艾里波包是一维薛定谔方程唯一的无衍射解。然而，这一工作没有引起人们的关注，其原因是理论上的艾里波包携带无穷多的能量，这在现实中显然是不能实现的，因此这一结果没有成功引领科研人员在实验上实现自加速的艾里波包。直到2007年，美国中弗罗里达大学的GeorgiosSiviloglou等人重新对Berry的工作进行了研究，发现被指数“截趾”的艾里函数也是薛定谔方程的解，基于这一发现他们在实验上第一次实现了携带有限能量艾里光束的产生。在过去短短的几年时间里,艾里光束的奇异特性使得它具有一些很特殊的应用价值，人们对它的研究涉及了理论和实验、线性和非线性、基础研究和潜在应用等多个方面。艾里光束先后被应用到了光学微粒操控、光子弹及等离子体通道的产生、表面等离子体激元的诱导、电子加速、艾里激光器等众多研究领域,推动自加速光的研究成为一个激动人心的前沿课题。现有的艾里光束的产生方法有引入衰减因子法、高斯激光束调制法、二维波导阵列法等。然而，这些方法并不能够改变艾里光束的空间拓扑结构和形状，这难以为艾里光束在构建自会聚光束、微粒操控、光子弹等方面的应用提供较多的自由度。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种类艾里光束的产生方法及装置，该方法可对光束的空间拓扑结构和形状进行调控。本专利技术提供一种类艾里光束的产生方法，其包括以下步骤：(1)由激光器发出高斯光束，并将所述高斯光束进行准直和扩束；(2)将准直扩束后的高斯光束投射到分光棱镜上以进行分光；(3)在空间光调制器上预先加载一相位图形，并通过加载了相位图形的空间光调制器对将分光后的高斯光束进行相位调制，其中，所述相位图形为通过计算机在原立方相位中x轴与y轴之间引入旋转角度θ因子得到，所述旋转角度θ满足：0°＜θ＜360°；(4)将经过相位调制后的高斯光束通过一傅里叶透镜进行傅里叶变换，得到类艾里光束。进一步对所述类艾里光束进行放大和接收的步骤，具体包括：将所述类艾里光束通过显微物镜放大，再通过图像传感接收器接收。本专利技术还提供一种类艾里光束的产生装置，其包括：激光器，用于发出高斯光束；准直扩束镜，用于对高斯光束进行准直和扩束；分光棱镜，用于对准直和扩束后的高斯光束进行分光；计算机，用于向空间光调制器预先加载一相位图形，所述相位图形为通过计算机在原立方相位中x轴与y轴之间引入旋转角度θ因子得到，所述旋转角度θ满足：0°＜θ＜360°；空间光调制器，其通过预先加载的相位图形而对所述高斯光束进行相位调制；傅里叶透镜，用于对经过相位调制的光束进行傅里叶变换以得到类艾里光束。其中，还包括显微物镜和图像传感接收器，所述显微物镜用于将所述类艾里光束放大，所述图像传感接收器用于接收类艾里光束。与现有技术相比，本专利技术所述类艾里光束的产生方法及装置具有以下优点：由于通过在原立方相位中增加一个调控波前的因子，即在原立方相位中x方向与y方向之间引入旋转角度θ因子，从而调控光束波前传播特性，获得具有不同角度和形状的类艾里光束，进而改变光束的空间拓扑结构和分布，更加灵活地控制光束的传播，为其在许多应用如构建自会聚光束、微粒操控、光子弹等方面提供更多的自由度。该类艾里光束具有与传统的艾里光束相似的特性，如无衍射，自愈，自加速特性，并且该光束在构建自会聚光束、等离子体、微粒操控、光子弹、艾里激光器和大气传输等方面均具有良好的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例提供的类艾里光束的产生装置的结构示意图。图2为本专利技术实施例在空间光调制器上加载的相位图形，其中旋转角度θ＝45°。图3为图2得到的类艾里光束的光场分布图。图4为本专利技术实施例在空间光调制器上加载的相位图形，其中旋转角度θ＝135°。图5为图4得到的类艾里光束的光场分布图。图6为本专利技术实施例在空间光调制器上加载的相位图形，其中旋转角度θ＝225°。图7为图6得到的类艾里光束的光场分布图。图8为本专利技术实施例在空间光调制器上加载的相位图形，其中旋转角度θ＝270°。图9为图8得到的类艾里光束的光场分布图。图10为本专利技术实施例在空间光调制器上加载的相位图形，其中旋转角度θ＝330°。图11为图10得到的类艾里光束的光场分布图。在附图1中，1表示激光器；2表示准直扩束镜；3表示分光棱镜；4表示空间光调制器；5表示计算机；6表示傅里叶透镜；7表示显微物镜；8表示图像传感接收器；9表示显示器。如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术提供的类艾里光束的产生方法以及装置作进一步说明。请参阅图1，为本专利技术提供的类艾里光束的产生装置的结构示意图。所述类艾里光束的产生装置包括激光器1、准直扩束镜2、分光棱镜3、空间光调制器4、计算机5以及傅里叶透镜6。该激光器1用于发出高斯光束。该激光器1可为He-Ne激光器、Ar离子激光器等。本实施例中，采用可见光波长为632.8nm的He-Ne激光器。该准直扩束镜2用于对高斯光束进行准直和扩束。该准直扩束镜2中的焦距和通光口径根据具体需要调节。本实施例中，该准直扩束镜2的焦距300mm，通光口径50mm。该分光棱镜3起到对准直和扩束后的高斯光束进行分光的作用。本实施例中，该分光棱镜3的尺寸为25*25mm。所述计算机5用于向所述空间光调制器4预先加载一相位图形。所述相位图形具体为为在原立方相位中x轴与y轴之间引入旋转角度θ因子得到。所述旋转角度θ满足：0°＜θ＜360°。所述空间光调制器4通过预先加载的相位图形而对所述高斯光束进行相位调制。本实施例中，空间光调制器4的像素大小为8μm，分辨率为1920*1080，工作波段400～700nm。所述傅里叶透镜6用于对经过相位调制的光束进行傅里叶变换以得到类艾里光束。本实施例中，所述傅里叶透镜6的焦距300mm。可以理解，该类艾里光束的产生装置还可包括显微物镜7、图像传感接收器8(也称CCD接收器)以及显示器9。所述显微物镜7用于将所述类艾里光束放大。所述图像传感接收器8用于接收类艾里光束。所述显示器9用于显示和观察。本实施例中，所述显微物镜7的放大率为40倍，数值孔径NA＝0.6；所述图像传感接收器8的分辨率为1920*1080。该类艾里光束的产生装置的工作过程为：激光器1发射的高斯光束经过准直扩束镜2扩束，光束充满整个通光孔径；然后扩束的平行光投射到分光棱镜3上；通过计算机5在原立方相位中x轴与y轴之间引入旋转角度θ因子得到一相位图形，并将该相位图形加载于空间调制器4上，再通过加载了相位图形的空间光调制器4对将分光后的光束进行相位调制；之后，该调制后的光束再经过傅里叶透镜6进行傅里叶变换，而在傅里叶透镜6后焦面上产生类艾里光束；该光束经过经过显微物镜7放大后并通过CCD接收器8接收，最终可通过显示器9显示观本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种类艾里光束的产生方法，其包括以下步骤：(1)由激光器发出高斯光束，并将所述高斯光束进行准直和扩束；(2)将准直扩束后的高斯光束投射到分光棱镜上以进行分光；(3)在空间光调制器上预先加载一相位图形，并通过加载了相位图形的空间光调制器对将分光后的高斯光束进行相位调制，其中，所述相位图形为通过计算机在原立方相位中x轴与y轴之间引入旋转角度θ因子得到，所述旋转角度θ满足：0°＜θ＜360°；(4)将经过相位调制后的高斯光束通过一傅里叶透镜进行傅里叶变换，得到类艾里光束。

【技术特征摘要】
1.一种类艾里光束的产生方法，其包括以下步骤：(1)由激光器发出高斯光束，并将所述高斯光束进行准直和扩束；(2)将准直扩束后的高斯光束投射到分光棱镜上以进行分光；(3)在空间光调制器上预先加载一相位图形，并通过加载了相位图形的空间光调制器对将分光后的高斯光束进行相位调制，其中，所述相位图形为通过计算机在原立方相位中x轴与y轴之间引入旋转角度θ因子得到，所述旋转角度θ满足：0°＜θ＜360°；(4)将经过相位调制后的高斯光束通过一傅里叶透镜进行傅里叶变换，得到类艾里光束。2.如权利要求1所述的类艾里光束的产生方法，其特征在于，进一步对所述类艾里光束进行放大和接收的步骤，具体包括：将所述类艾里光束通过显微物镜放大，再通过图像传...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱义先，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33