一种传播不变结构光场的非线性全息产生方法及装置，属于光学领域，目的是为了解决基于线性过程产生的结构光场频谱带宽受限、以及基于非线性过程产生结构光场存在强度依赖性的问题。所述方法包括：使用全息调制方法将高斯型泵浦光束调制为具有与倍频阶数相关的空间模式的基频光束；使基频光束经过成像单元后单向入射至k倍频晶体中；对从k倍频晶体出射的光束进行分离，获得具有传播不变结构光场的频率上转换光束。所述装置中，调制器将高斯型泵浦光束调制成具有与倍频阶数相关的空间模式的基频光束；基频光束经过成像单元后单向入射至k倍频晶体中；分离元件对从k倍频晶体出射的光束进行分离，获得具有传播不变结构光场的频率上转换光束。率上转换光束。率上转换光束。
【技术实现步骤摘要】
一种传播不变结构光场的非线性全息产生方法及装置
[0001]本专利技术涉及传播不变结构光场的产生技术，属于光学领域。
技术介绍
[0002]空间结构光场是指相较于一般高斯光束，具有独特空间强度与相位分布的一系列光场，其独特的光场分布与光学特性使结构光场在光镊、粒子操控、光学成像、超分辨、量子通信等领域具有广泛的应用。在此背景下，人们对于结构光场的产生和调控提出了诸如螺旋相位板、q波片、全息叉型光栅等许多新颖的线性光场产生、调控技术。
[0003]自1961年，光学非线性现象被发现以来，其独特的频率转换功能在紫外光源产生和上转换检测/成像等方面已引起广泛关注。上世纪末，光场轨道角动量的发现，更是让结构光场的非线性相互作用以及该作用过程中的轨道角动量传输成为该领域目前的研究热点(2020年《Physical review A》第101卷第043821页发表的《Chiral relations and radial
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angular coupling in nonlinear interactions of optical vortices》、2020年《Physical review A》第101卷第063805页发表的《Radial modal transitions of Laguerre
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Gauss modes during parametric up
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conversion:Towards the full
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field selection rule of spatial modes》和2020年《Journal of the Optical Society of America B》第37卷第10期2815
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2821页发表的《Mixing Ince
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Gaussian modes through sum
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frequency generation》)。然而，以上研究虽然对结构光场的二阶非线性过程进行了探索并详细研究了该过程中的空间模式选择定则，但是由于非线性过程强度依赖性所造成的径向模式简并，其输出结构光场的振幅与相位分布相较于输入信号发生了剧烈变化，不再是标准的传播不变结构光场。需要注意的是，虽然人们开发出了大量基于线性过程的光场调控技术，用以产生各种模式不同的结构光场，但是这些技术大多集中于可见光(400nm
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750nm)或通信波段(1550nm波段)，频谱带宽是受限的，而利用非线性过程作为光学频率转换器时又受限于其强度依赖性，无法产生传播不变的结构光场。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是为了解决基于线性过程产生的结构光场频谱带宽受限、以及基于非线性过程产生结构光场存在强度依赖性的问题，提供一种传播不变结构光场的非线性全息产生方法及装置。
[0005]本专利技术的一种传播不变结构光场的非线性全息产生方法包括：
[0006]使用全息调制方法将高斯型泵浦光束调制为具有与倍频阶数相关的空间模式的基频光束，所述基频光束的光场表达式为：
[0007][0008]其中，为基频光场，k为整数，且k≥2，为将要获得的传播不变结构光场；
[0009]使所述基频光束经过成像单元后单向入射至k倍频晶体中；
[0010]对从所述k倍频晶体出射的光束进行分离，获得具有传播不变结构光场的频率上转换光束。
[0011]可选地，所述的使用全息调制方法将高斯型泵浦光束调制为具有与倍频阶数相关的空间模式的基频光束包括：
[0012]使用空间光调制器、数字微镜、计算全息光栅、或q波片将高斯型泵浦光束调制为具有与倍频阶数相关的空间模式的基频光束。
[0013]可选地，所述的成像单元为4f成像系统。
[0014]可选地，所述的对从所述k倍频晶体出射的光束进行分离包括：
[0015]采用二向色镜对从所述k倍频晶体出射的光束进行分离。
[0016]本专利技术的一种传播不变结构光场的非线性全息产生装置包括调制器、成像单元、k倍频晶体、以及光束分离元件；
[0017]所述调制器用于将高斯型泵浦光束调制成具有与倍频阶数相关的空间模式的基频光束，所述基频光束的光场表达式为：
[0018][0019]其中，为基频光场，k为整数，且k≥2，为将要获得的传播不变结构光场；
[0020]所述基频光束经过成像单元后单向入射至k倍频晶体中；
[0021]从所述k倍频晶体出射的光束经过光束分离元件后分为基频光束与具有传播不变结构光场的频率上转换光束。
[0022]可选地，所述的调制器为空间光调制器、数字微镜、计算全息光栅或q波片。
[0023]可选地，所述的成像单元为4f成像系统。
[0024]可选地，所述的光束分离元件为二向色镜。
[0025]本专利技术为传播不变结构光场的产生提供了一种非线性产生方法，规避了非线性过程中的强度依赖性，并且具有较高的模式纯度，至少能够获得波长为100
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400nm的传播不变结构光场，为近紫外到极紫外波段结构光场的高纯度产生提供了一条有效的解决方案。
附图说明
[0026]图1为具体实施方式中的一种传播不变结构光场的非线性全息产生装置的结构示意图；
[0027]图2为具体实施方式中波长为1064nm的拉盖尔
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高斯模式基频光束的光场空间强度与相位分布理论示意图，其中，(a)为光场横向强度分布示意图，(b)为光场横向相位分布示意图；
[0028]图3为具体实施方式中波长为1064nm的因斯
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高斯模式基频光束的光场空间强度与相位分布理论示意图，(a)为光场横向强度分布示意图，(b)为光场横向相位分布示意图；
[0029]图4为具体实施方式中波长为1064nm的厄米
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高斯模式基频光束的光场空间强度与相位分布理论示意图，(a)为光场横向强度分布示意图，(b)为光场横向相位分布示意图；
[0030]图5为图2所示的基频光束经过倍频后的光场空间强度与相位分布理论示意图，
(a)为光场横向强度分布示意图，(b)为光场横向相位分布示意图；
[0031]图6为图3所示的基频光束经过倍频后的光场空间强度与相位分布理论示意图，(a)为光场横向强度分布示意图，(b)为光场横向相位分布示意图；
[0032]图7为图4所示的基频光束经过倍频后的光场空间强度与相位分布理论示意图，(a)为光场横向强度分布示意图，(b)为光场横向相位分布示意图；
[0033]图8为波长为1064nm的基频光束经过倍频后实验观测到的波长为532nm的倍频光场的空间形貌(即光场横向强度)，其中，(a)对应图2所示的基频光束，(b)对应图3所示的基频光束，(c)对应图4所示的基频光束；
[0034]图9为图5所示光场与图8(a)所示光场的空间形貌横向截线对本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种传播不变结构光场的非线性全息产生方法，其特征在于，包括：使用全息调制方法将高斯型泵浦光束调制为具有与倍频阶数相关的空间模式的基频光束，所述基频光束的光场表达式为：其中，为基频光场，k为整数，且k≥2，为将要获得的传播不变结构光场；使所述基频光束经过成像单元后单向入射至k倍频晶体中；对从所述k倍频晶体出射的光束进行分离，获得具有传播不变结构光场的频率上转换光束。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的使用全息调制方法将高斯型泵浦光束调制为具有与倍频阶数相关的空间模式的基频光束包括：使用空间光调制器、数字微镜、计算全息光栅、或q波片将高斯型泵浦光束调制为具有与倍频阶数相关的空间模式的基频光束。3.根据权利要求1或2述的方法，其特征在于，所述的成像单元为4f成像系统。4.根据权利要求1或2述的方法，其特征在于，所述的对从所述k倍频晶体出射的...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱智涵，吴海俊，高玮，史保森，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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