一种具有突然自聚焦效应且携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束的产生及其测量方法技术

本发明专利技术公开了一种具有突然自聚焦效应且携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束的产生及其测量方法。该方法包括：由一台激光器产生的线偏振高斯光束，先后通过一个扩束器、一个反射镜、一个分束器、一个特定编码了的反射型纯相位空间光调制器、前述分束器、紧挨着的一个圆形光阑和一个傅里叶透镜，其中空间光调制器到傅里叶透镜和从傅里叶透镜到傅里叶平面/源平面的距离均为傅里叶透镜的焦距，在傅里叶平面/源平面上就会得到预期的携带有一个涡旋的一阶圆艾里导数光束，在所产生光束传输方向上的电动导轨上安装了一个光束轮廓分析仪，以测量不同传播距离下的强度分布和突然自聚焦能力；所产生的携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束在保留突然自聚焦能力的基础上具有空心焦点强度分布和携带有轨道角动量的优点，较一阶圆艾里导数光束拓展了应用范围。圆艾里导数光束拓展了应用范围。圆艾里导数光束拓展了应用范围。

Generation and measurement of a first-order circular airy derivative beam with sudden self focusing effect and carrying a vortex

【技术实现步骤摘要】
一种具有突然自聚焦效应且携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束的产生及其测量方法


[0001]本专利技术涉及一种具有突然自聚焦效应且携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束的产生及其测量方法，是一种让线偏振高斯光束经过特定编码了的空间光调制器，再通过圆形光阑和傅里叶透镜，从而产生具有突然自聚焦效应且携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束的方法，并在所产生光束的传输方向上用一个移动的光束轮廓分析仪测量并证明其具有突然自聚焦效应。

技术介绍

[0002]研究人员在对圆艾里光束在线性介质中自聚焦特性的理论研究过程中，提出了突然自聚焦的概念。突然自聚焦，是指光束在焦点之前保持低强度模式，但在到达焦点的瞬间其强度突然提高数十倍甚至几百倍。随后，上述理论预测得到了实验的证实。因此，研究人员在圆艾里光束的基础上提出并产生了若干种具有突然自聚焦效应的圆艾里相关光束，比如对称艾里光束、修正圆艾里光束、部分相干圆艾里光束和高斯包络圆艾里光束等。
[0003]涡旋是位相前端的螺旋位错，其核心处的振幅为零。涡旋最显著的特点是它携带有轨道角动量，轨道角动量的大小和方向取决于涡旋的拓扑荷。涡旋已广泛应用于光镊、光通信、光涡流晶格和电传感等。在影响涡旋传播的诸多因素中，强度梯度和相位梯度是两个主要因素。涡旋会影响其所宿主光束的传输特性。
[0004]突然自聚焦效应在生物医学治疗、光学操纵、非线性操纵、光学捕获和引导、光子弹和多光聚合等方面有着广泛的应用。突然自聚焦加上涡旋可以抑制自由空间光通信中的串扰和涡旋分裂。最近，我们从理论上引入了一阶圆艾里导数光束，并在实验上实现了产生。一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦能力已证明优于圆艾里光束。然而，一阶圆艾里导数光束的缺点是其焦平面上的强度分布是实心的，不能用于光学操纵、光学捕获和光学引导等。当涡旋嵌入到一阶圆艾里导数光束上时，相应的突然自聚焦性能如何？因此，有必要产生携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束，便于研究涡旋的引入对一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦性能的影响。为此，我们提出了一种具有突然自聚焦效应且携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束的产生及其测量方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种具有突然自聚焦效应且携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束的产生及其测量方法，采用一台激光器产生线偏振高斯光束，所产生的线偏振高斯光束先后经过一个特定编码了的空间光调制器、一个圆形光阑和一个傅里叶透镜，在傅里叶透镜的后焦面上得到携带有一个涡旋的一阶圆艾里导数光束，在所产生光束传输方向上的电动导轨上安装了一个光束轮廓分析仪，以测量不同传播距离下的强度分布和突然自聚焦能力。
[0006]为实现上述目的，本专利技术包括如下步骤：
[0007]步骤1：由一台激光器产生线偏振高斯光束，线偏振高斯光束经扩束器扩束后通过一个反射镜改变传输方向，然后通过一个分束器，入射到反射型纯相位空间光调制器。为了生成携带有一个涡旋的高质量一阶圆艾里导数光束，需要对初始平面上的光场进行傅里叶变换。然后，将这一场信息编码为纯相位计算全息图，并将其加载到上述纯相位空间光调制器上。
[0008]步骤2：从上述纯相位空间光调制器反射出来的调制光束被前述分束器反射。使用一个傅里叶透镜来执行调制光束的傅里叶变换。在傅里叶透镜前面放置一个圆形光阑，以阻挡由全息图和纯相位空间光调制器所生成的其他不需要的调制光。从纯相位空间光调制器到傅里叶透镜和从傅里叶透镜到傅里叶平面/源平面的距离均为傅里叶透镜的焦距。在傅里叶平面/源平面上就会得到预期的携带有一个涡旋的一阶圆艾里导数光束。
[0009]步骤3：在所产生的携带有一个涡旋的一阶圆艾里导数光束传输方向上的电动导轨上安装了一个光束轮廓分析仪，以测量不同传播距离下的强度分布，给出光强轮廓分布，进而计算和分析突然自聚焦能力。
[0010]本专利技术的有益特点是：利用简单的光学装置实验产生携带有一个涡旋的一阶圆艾里导数光束，并能便捷测量突然自聚焦能力，进而能分析涡旋的引入对一阶圆艾里导数光束突然自聚焦性能的影响。携带有一个涡旋的一阶圆艾里导数光束克服了一阶圆艾里导数光束在焦平面上强度分布是实心这一致命缺点，在保留突然自聚焦能力的基础上，涡旋的引入带来了轨道角动量的存在。因此，携带有一个涡旋的一阶圆艾里导数光束较一阶圆艾里导数光束拓展了应用范围。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1为本专利技术实施例提供的一种具有突然自聚焦效应且携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束的产生装置示意图。
[0013]图2为产生携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束的纯相位计算全息图。其中，l＝1，r
k
＝0，
[0014]图3为携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束在不同观察平面上强度分布的实验测量结果图。其中，l＝1，r
k
＝0，(a)z＝0，(b)z＝0.3m，(c)z＝0.6m，(d)z＝0.78m，(e)z＝0.8m，(f)z＝1.2m。
[0015]图4为携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束在不同观察平面上强度分布的理论模拟结果图。其中，l＝1，r
k
＝0，(a)z＝0，(b)z＝0.3m，(c)z＝0.6m，d)z＝0.78m，(e)z＝0.8m，(f)z＝1.2m。
[0016]图5为携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束在不同观察平面上强度分布的实验测量结果图。其中，l＝1，r
k
＝0.5mm，(a)z＝0，(b)z＝0.3m，(c)z＝0.6m，(d)z＝0.78m，(e)z＝0.8m，(f)z＝1.2m。
[0017]图6为携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束在不同观察平面上强度分布的理论模拟结果图。其中，l＝1，r
k
＝0.5mm，(a)z＝0，(b)z＝0.3m，(c)z＝0.6m，(d)z＝0.78m，(e)z＝0.8m，(f)z＝1.2m。
[0018]图7为携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束在不同观察平面上强度分布的实验测量结果图。其中，l＝3，r
k
＝0.5mm，(a)z＝0，(b)z＝0.3m，(c)z＝0.6m，(d)z＝0.79m，(e)z＝0.8m，(f)z＝1.2m。
[0019]图8为携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束在不同观察平面上强度分布的理论模拟结果图。其中，l＝3，r
k
＝0.5mm，(a)z＝0，(b)z＝0.3m，(c)z＝0.6m，(d)z＝0.79m，(e)z＝0.8m，(f)z＝1.2m.
[0020]图9为携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束的强度对比度随传输距离变化关系的实验测量(正方形和点)和理论模拟(实线)图。(a)r
k
＝0和(b)r<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有突然自聚焦效应且携带一个涡旋的一阶圆艾里导数光束的产生方法，其特征在于：由一台激光器产生的线偏振高斯光束，先后通过一个扩束器、一个反射镜、一个分束器、一个特定编码了的反射型纯相位空间光调制器、前述分束器、紧挨着的一个圆形光阑和一个傅里叶透镜，其中空间光调制器到傅里叶透镜和从傅里叶透镜到傅里叶平面/源平面的距离均为傅里叶透镜的焦距，在傅里叶平面/源平面上就会得到预期的携带有一个涡旋的一阶圆艾里导数光束。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：周国泉，臧翔，周益民，徐一清，但汶松，
申请(专利权)人：浙江农林大学，
类型：发明
国别省市：