产生矢量光束并实现焦场定制的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种产生矢量光束并实现焦场定制的方法及系统，利用光纤激光阵列产生系统产生光纤激光阵列，采集一小部分光纤激光阵列，用于活塞相位控制；对其余光纤激光阵列中的各子光束进行偏振调控，使其成为具有设定偏振分布的矢量光束；矢量光束经高数值孔径透镜紧聚焦后发射，得到焦平面附近的矢量光束紧聚焦场分布；改变矢量光束中各子光束的初始偏振方位角和方位角，就能改变焦平面附近的矢量光束紧聚焦场分布，实现矢量光束的焦场定制。本发明专利技术有望得到高功率的紧聚焦矢量光场，通过对各子光束进行偏振控制，实现矢量光束焦场的灵活调控。

【技术实现步骤摘要】
产生矢量光束并实现焦场定制的方法及系统
本专利技术涉及光纤激光相干合成
，特别是涉及一种产生矢量光束并实现焦场定制的方法及系统。
技术介绍
偏振态是光的重要矢量特性之一。与空间均匀偏振光束(如：线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光)不同的是，矢量光束有着空间不均匀分布。在众多矢量光束中，一种具有偏振态轴对称分布和中空强度分布的光束称之为柱矢量光束。近年来，柱矢量光束凭借其特有的紧聚焦特性引起了国内外研究人员的广泛关注。例如，与线偏振光相比，径向偏振矢量光束会产生极强的轴向光场而得到比线偏振光更小的聚焦光斑。切向偏振矢量光束在焦平面会形成环形的焦场分布。基于以上优良特性，柱矢量光束在高分辨率成像、微纳加工和粒子捕获等应用中将有着巨大的应用潜力。在现有技术上，产生柱矢量光束的方法包括有源型和无源型。其中，有源生成方法输出模式的复杂性受到了激光谐振器的限制；而无源生成方法需要较大的光学元件和复杂的光路，输出功率受到了非线性效应、模式不稳定和光学元件承受功率的影响，并且其转换效率较低。光纤激光相干合成系统在获得高功率输出的同时能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.产生矢量光束并实现焦场定制的方法，其特征在于，包括：/n利用光纤激光阵列产生系统产生光纤激光阵列；/n采集一小部分光纤激光阵列，用于活塞相位控制；对其余光纤激光阵列中的各子光束进行偏振调控，使其成为具有设定偏振分布的矢量光束；/n矢量光束经高数值孔径透镜紧聚焦后发射，得到焦平面附近的矢量光束紧聚焦场分布；/n改变矢量光束中各子光束的初始偏振方位角或/和各子光束的方位角，就能改变焦平面附近的矢量光束紧聚焦场分布，实现矢量光束的焦场定制。/n

【技术特征摘要】
1.产生矢量光束并实现焦场定制的方法，其特征在于，包括：
利用光纤激光阵列产生系统产生光纤激光阵列；
采集一小部分光纤激光阵列，用于活塞相位控制；对其余光纤激光阵列中的各子光束进行偏振调控，使其成为具有设定偏振分布的矢量光束；
矢量光束经高数值孔径透镜紧聚焦后发射，得到焦平面附近的矢量光束紧聚焦场分布；
改变矢量光束中各子光束的初始偏振方位角或/和各子光束的方位角，就能改变焦平面附近的矢量光束紧聚焦场分布，实现矢量光束的焦场定制。


2.根据权利要求1所述的产生矢量光束并实现焦场定制的方法，其特征在于，还包括采集一小部分矢量光束进行观测，检验矢量光束中的各子光束的偏振方向是否达到了设定偏振分布要求。


3.根据权利要求1或2所述的产生矢量光束并实现焦场定制的方法，其特征在于，矢量光束呈径向分布，具有N圈径向排布的环形子阵列，环形子阵列的圈数越多，相干合成的矢量光束越接近理想的矢量光束。


4.根据权利要求3所述的产生矢量光束并实现焦场定制的方法，其特征在于，矢量光束中各子光束的束腰半径为w0，波长为λ，光束子口径为R，第i圈环形子阵列的子光束个数为Mi，第i圈环形子阵列的子光束中心与矢量光束中心距离为ri，第i圈环形子阵列中的相邻子光束间的中心距离为di，矢量光束中每一个子光束的初始偏振方位角为矢量光束中各子光束的方位角＝2π(n-1)/Mi，为第i圈环形子阵列其第n个子光束的方位角。


5.根据权利要求4所述的产生矢量光束并实现焦场定制的方法，其特征在于，发射面矢量光束的初始场表达式为：



其中，为初始平面的柱坐标，Er和分为初始场在r和方向上的分量，circ(·)表示对子光束的截断，其半径R内的值取1，半径R外的值为0，δ＝w0/R为子光束的截断因子，δ越大，子光束截断越多。


6.根据权利要求5所述的产生矢量光束并实现焦场定制的方法，其特征在于，矢量光束经高数值孔径透镜紧聚焦，z＝0处是紧聚焦的焦点位置，根据理查德-沃尔夫矢量衍射理论，得到焦平面附近的矢量光束紧聚焦场分布



式中，分别为极坐标系下焦点附近的径向、切向和轴向光场分量，为焦点附近的柱坐标，θ为瞳面上一点的会聚角...

【专利技术属性】
技术研发人员：周朴，张雨秋，侯天悦，常琦，常洪祥，马鹏飞，粟荣涛，吴坚，马阎星，司磊，许晓军，陈金宝，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43