一种对称蝴蝶光束的调控与成像系统技术方案

本申请涉及对称蝴蝶光束的调控与成像系统，为了研究光束对称高斯蝴蝶光束的衍射，从理论上推导了对称高斯蝴蝶光束衍射特性，并对其进行了数值研究。其中，对称高斯蝴蝶光束是由高斯项和两个蝴蝶积分的乘积产生的。计算得到的对称蝴蝶光束的二维光场与平行光干涉后获得所述对称蝴蝶光束的全息图；激光束照亮图像后，携带图像信息入射到加载有全息图的空间光调制器上。在傅里叶平面，图像可以调制到对称蝴蝶光束上。在经过一定距离后，通过傅里叶变换可从蝴蝶光束中恢复图像信息，并且实现动态成像。本申请通过利用全息技术产生对称蝴蝶光束。将对称蝴蝶光束用于图像信号的传输，通过本申请，实现了对称蝴蝶光束的调控和应用。实现了对称蝴蝶光束的调控和应用。实现了对称蝴蝶光束的调控和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种对称蝴蝶光束的调控与成像系统


[0001]本专利技术属于光学
，具体涉及一种对称蝴蝶光束的调控与成像系统。

技术介绍

[0002]在光学领域中，一些具有突变函数的激光束在理论和应用上都引起了人们的极大兴趣。突变函数一般可以用7种基本突变来描述，即折叠、尖点、燕尾、蝴蝶、双曲脐带、椭圆脐带和抛物线脐带。在这些不同类型的光束中，其对称强度分布的调控成为近年来的一个研究热点。目前的研究中，大部分研究涉及艾里光束和皮尔斯光束，在2010年和2013年，分别在柱坐标系和和笛卡尔坐标系下实现了对称圆艾里光束、二维对称艾里光束。2021年，研究者将目光放眼于相对更高阶突变光束，即皮尔斯高斯光束和燕尾高斯光束，并对其对称结构进行深入研究，获得了对称皮尔斯和燕尾光束。随着突变函数阶数的增加，其调控光束的光场分布的难度会逐渐增加，复杂度随之提升。
[0003]研究者致力于获得更多具有可调性且光场结构稳定的的高维衍射突变光束，调控光束的聚焦距离和聚焦强度等，从而实现在众多光学领域的应用，如光通信，粒子捕获以及光学成像等领域。过去的研究中提出基于在艾里光束、艾里阵列的频谱叠加信息，利用逆傅里叶变换将信息调制在艾里光上，从而实现信息的传输。高阶衍射突变光束具有高维性，通过操控其状态变量荷控制变量参数，可将其调控，表现为各种不同的光场结构。随着对称衍射突变光束的阶数的提高，其展现为更加丰富多样的光场结构。实验上产生相应的光束的难度也随之增大。因此，提出有效的方法实现分布函数具有6阶及以上的高维矩形对称衍射突变光束，利用其独特的对称强度光场分布和传播特性，实现其信息的传输以及动态成像方面具有重要意义，对此尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术公开了一种对称蝴蝶光束的调控与成像系统，包括：
[0005]激光器，用于产生高斯光束；
[0006]扩束准直镜，对高斯光束进行准直并扩束；
[0007]图像，用于验证该系统对于图像信号传输的有效性；
[0008]分光棱镜，所述分光棱镜位于所述准直扩束镜和空间光调制器之间，用于将准直扩束后的高斯光束分光，一部分光传输至空间光调制器。
[0009]空间光调制器，用于加载由加载平面波与蝴蝶光束的干涉生成的相位全息图，对高斯光束进行相位调制。
[0010]4f光学系统，空间光调制器调制后反射的光束通过第一个透镜实现傅里叶变换，得到频谱面，将信息叠加在对称蝴蝶光束频谱上。光阑用于滤波获得正一级干涉条纹，第二个透镜用于将获取的干涉条纹进行逆傅里叶变换，从而将图像信息调制在对称蝴蝶光上。得到初始光场。
[0011]电荷耦合器件，用于接收初始光场以及衍射不同距离后的光场信息以及传输的图
像信息。
[0012]进一步的，所述激光器产生波长为532nm的高斯光束。
[0013]进一步的，所述扩束准直镜包括显微物镜和一个透镜，使用一个光阑，根据需要调整入射到空间光调制器上的光斑大小。
[0014]进一步的，反射式空间光调制器用于基于所述全息图产生所述对称蝴蝶光束。
[0015]进一步的，4f光学系统包括两个透镜和一个光阑，反射式空间光调制器调制后反射的光束通过第一个透镜实现傅里叶变换，得到频谱面；光阑放置在频谱面上，获取频谱面的正一级干涉条纹，第二个透镜与光阑的距离为其焦距，并对获取的干涉条纹进行逆傅里叶变换。
[0016]进一步的，所述电荷耦合器件用于接收产生的衍射了不同距离的对称蝴蝶光束和该系统传输的图像信息，其分辨率为2048
×
2048。
[0017]进一步的，所述全息图为对称蝴蝶光束的二维场分布于平面波干涉所获得，所述蝴蝶光束的光场分布函数为
[0018]u(x,y,0,0)＝BBu(x,p,0,0)BBu(y,p,0,0)，
[0019]其中BBu(
·
)为蝴蝶积分的变式：x,y,a1,a2为空间中的无量纲坐标。
[0020]本专利技术的工作原理：
[0021]上述对称蝴蝶光束的调控与成像系统，通过在空间光调制器上产生由模拟得到的对称蝴蝶光束与平面波进行干涉得到的相位调制图案，使用相位调制图案对高斯光束进行相位调制，从而得到对称蝴蝶光束。通过数值计算，给出蝴蝶光束在传输过程中不同横截面上的光强分布，其传播到特定距离处会发生自聚焦现象，成为一条能量最集中的亮线。由于其具有显著的自动聚焦和横向自加速传播特性，该光束在传播过程中会出现变形，随着传输距离的增加，光束的横截面光场分布会发生翻转，其光场逐渐从一个亮斑分裂成四个独立的主瓣。
[0022]本专利技术的有益效果：上述对称蝴蝶光束的调控与成像系统的有益效果有以下几点：
[0023]其一，蝴蝶光束可以在近场自动聚焦，相比较与传统的对称艾里光束，其纵向自动聚焦的区域更长。
[0024]其二，蝴蝶光束在聚焦后以矩形对称分布的形式发散，传递的信息发生变化，从而为我们提供了在传播过程中进行信息转换的机会。可以通过调节式中无量纲的分布因子改变矩形光场的分布与焦距，在动态成像方面以及光学加密方面具有潜力。
[0025]其三，蝴蝶光束也能够在矩形光强的主瓣上的引入涡旋，在传播过程中沿着轨迹可以体现的拓扑核特征。这种新型的对称光束为捕获粒子以及等离子体的应用开辟了另一种可能性。
附图说明
[0026]图1为本专利技术一实施例1，实施例2和实施例3的对称蝴蝶光束的调系统的流程示意图；
[0027]图2为本专利技术一实施例1加载在空间光调制器上的全息图；
[0028]图3为本专利技术一实施例1对称蝴蝶光束的侧视图轮廓和传播过程中的强度图以及能量流变化；
[0029]图4为本专利技术一实施例1对称蝴蝶光束传播强度图；
[0030]图5为本专利技术一实施例2调控的不同p值的对称蝴蝶光束传播强度图；
[0031]图6(a)展示了拓扑荷为2，4，6，8,
‑
2，
‑
4，
‑
6，
‑
8的对称蝴蝶涡旋光束的强度图，插图表示对应的相位；图6(b)展示了像散称蝴蝶涡旋光束衍射40cm后的的衍射光强图
[0032]图7为本专利技术一实施例3对称蝴蝶光束的成像系统和对称蝴蝶光束在不同距离下对字母“T”的动态成像示意图。
[0033]图8为本专利技术的系统图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0035]如图1所示，本申请公开了一种产生和调控对称蝴蝶光束的系统，包括半导体固体激光器、扩束准直镜、空间光调制器、分光棱镜。4f光学系统以及电耦合器件，对入射光束的相位进行调控，生成对称蝴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对称蝴蝶光束的调控与成像系统，其特征在于，包括：固体激光器，用于产生高斯光束；准直扩束镜，用于接所述高斯光束，并对所述高斯光束进行准直扩束处理；图像，用于验证该系统对于图像信号传输的有效性；分光棱镜，将高斯光束分光，一部分光入射到空间光调制器，并对空间光调试器反射的光进行接收并传播；反射式空间光调制器，用于加载全息图；基于全息图，产生对称蝴蝶光束；4f光学系统，将空间光调制器反射的光束进行的零级衍射信息进行过滤；得到初始光场；电荷耦合器件，用于接收初始光场以及衍射不同距离后的光场信息。2.根据权利要求1所述的一种对称蝴蝶光束的调控与成像系统，其特征在于：所述激光器产生波长为532nm的高斯光束。3.根据权利要求1所述的一种对称蝴蝶光束的调控与成像系统，其特征在于：所述扩束准直镜包括显微物镜和一个透镜，使用一个光阑，根据需要调整入射到空间光调制器上的光斑大小。4.根据权利要求1所述的一种对称蝴蝶光束的调控与成像系统，其特征在于：反射式空间光调制器用于基于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁操今，李发静，纪鹏飞，聂守平，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：