新型数字化艾里类光束的产生与调控装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种新型数字化艾里类光束的产生与调控装置及方法，该装置包括：光源、第一反射系统、薄透镜系统（第一薄透镜及第二薄透镜）、相位调制系统（第一空间光调制器及第二空间光调制器）、第二反射系统及观测系统；光源用于产生圆偏振激光，圆偏振激光依次经过第一反射系统、第一薄透镜、第一空间光调制器、第二薄透镜、第二空间光调制器及第二反射系统后生成艾里类光束；第一反射系统和第二反射系统用于对其入射光进行校准，第一薄透镜用于对其入射光进行傅里叶逆变换，第二薄透镜用于对其入射光进行傅里叶变换，第一空间光调制器与第二空间光调制器分别用于对入射光波进行立方相位调制，观测系统用于捕获产生的艾里类光束的强度分布。度分布。度分布。

【技术实现步骤摘要】
新型数字化艾里类光束的产生与调控装置及方法


[0001]本专利技术涉及光学
，特别涉及一种新型数字化艾里类光束的产生与调控装置及方法。

技术介绍

[0002]艾里光束作为一种具有特殊的相位结构和偏振态的空间结构光场，在一定的传输距离内可以实现近似的无衍射和衰减，它具有三大特性，即无衍射，自加速和自修复。无衍射特性决定了艾里可以携带巨大的能量。自加速是指在自由空间中传输时，不同于一般光束沿着直线传播的特性，而是拥有抛物线的弹道轨迹。自修复，是指艾里光束在传播过程中，截面方向被遮挡一部分光束，剩余部分的艾里光束在经过一定距离的传输后，又恢复为在截面遮挡位置处的光强分布。艾里光束的这些特性使其可以携带大量数据，并进行快速准确地传递，并在传输过程中绕过一些普通光束无法穿透的障碍物，实现短距离的高质量传输。迄今为止，艾里光束的独特特性已被广泛应用在诸多领域，包括光学粒子清除、弯曲等离子体通道、时空光子弹、激光微处理和超分辨率成像等，推动无衍射、自加速光的研究成为一项前沿课题。
[0003]现有的艾里光束的产生方法主要是基于空间光调制器在全相位模式中产生艾里光束。理论上分析，将数值模拟的透镜相分布以及立方相分布直接加载到空间光调制器上，由包含两个偏振片之间的透射组成的系统可以创建具有负值的传输函数，观察结果就有可能在传输函数需要负值的情况下用于其他各种波前调制，从而在透镜的焦平面处产生艾里光束。艾里光束的调控与测量主要是基于多坐标变换技术，为艾里光束的不同组成光束建立了额外的坐标系，实现了复合光场的拆解。然后依次对一维艾里光束、二维艾里光束进行了极坐标系、直角坐标系和椭圆坐标系之间的变换，实现了艾里光束横向和纵向旁瓣的调控。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术的目的是提供一种新型数字化艾里类光束的产生与调控装置及方法，以至少解决上述相关技术中的不足。
[0005]本专利技术提出一种新型数字化艾里类光束的产生与调控装置，包括光源、第一反射系统、薄透镜系统、相位调制系统、第二反射系统以及观测系统；所述薄透镜系统包括第一薄透镜以及第二薄透镜，所述相位调制系统包括第一空间光调制器以及第二空间光调制器，所述光源用于产生圆偏振激光，所述圆偏振激光依次经过所述第一反射系统、所述第一薄透镜、所述第一空间光调制器、所述第二薄透镜、所述第二空间光调制器以及所述第二反射系统后生成艾里类光束；其中，所述第一反射系统和所述第二反射系统用于对其入射光进行校准，所述第一薄透镜用于对其入射光进行傅里叶逆变换，所述第二薄透镜用于对其入射光进行傅里叶变换，所述第一空间光调制器与所述第二空间光调制器分别用于对入射光波进行立方相位
调制，所述观测系统用于捕获所产生的所述艾里类光束的强度分布。
[0006]进一步的，在所述光源与所述第一反射系统之间设有光束扩展器，所述光束扩展器用于对所述光源所产生的圆偏振激光进行扩束与准直。
[0007]进一步的，在所述第二反射系统与所述第三空间光调制器之间设有分束器，所述相位调制系统还包括第三空间光调制器，所述分束器用于将激光束分成第一光波与第二光波，所述第三空间光调制器用于对所述第一光波进行频谱分析，并将所述分析结果输出至所述观测系统，所述观测系统用于捕捉所述第二光波。
[0008]进一步的，所述第一空间光调制器与所述光束扩展器以及所述第一薄透镜和所述第二薄透镜之间均设有圆形孔径，所述圆形孔径用于调节其入射光的能量分布。
[0009]进一步的，所述观测系统包括CCD相机，所述CCD相机安装于平行移动平台上，所述平行移动平台与光束的传播Z轴平行，所述CCD相机通过所述平行移动平台实现沿光束的传播光轴移动。
[0010]本专利技术还提出一种数字化艾里类光束的产生与调控方法，应用于上述的数字化艾里类光束的产生与调控装置，所述数字化艾里类光束的产生与调控方法包括以下步骤：步骤一：对所述光源发出的圆偏振激光进行扩束，以得到扩束激光；步骤二：对所述扩束激光进行一次能量分布调节，并将一次能量分布调节后的光束照射在所述第一反射镜上进行校准，将校准后的光束入射至所述第一空间光调制器上，以使所述第一空间光调制器对所述校准后的光束进行立方相位调制；步骤三：将立方相位调制后的光束反射至所述第一薄透镜进行傅里叶逆变换，并对傅里叶逆变换后的光束进行二次能量分布调节后入射至所述第二空间光调制器，以使所述第二空间光调制器对二次能量分布调节后的光束进行螺旋相位调制；步骤四：将螺旋相位调制后的光束射入所述第二薄透镜进行傅里叶变换，并对傅里叶变换后的光束经所述第二反射镜反射至所述分束器中，以生成第一光束和第二光束，将所述第一光束射入所述第三相位空间光调制器中进行频谱分析，并将所述第二光束射入所述观测系统进行捕捉，以得到对应的艾里类光束的强度分布。
[0011]进一步的，所述能量分布调节的步骤包括：利用圆形孔径调节其入射光所对应的光场的能量分布。
[0012]进一步的，所述第一空间光调制器编码的相位模式函数为：；其中，和为波矢分量，波矢，和分别为第一空间光调制器的横向和纵向的控制参数，和为空间中光束的实际位移，m和n分别为横向和纵向相移量的比例系数；所述第二空间光调制器编码的相位模式函数为：；其中，，波矢，表示第一薄透镜的焦距，l表示拓扑电荷数，表示方位角。
[0013]进一步的，所述第一空间光调制器编码的相位模式函数为：
；其中，表示第一空间光调制器对应的相位掩模函数，表示立方相位项在x轴传播方向上的控制参数，表示立方相位项在y轴传播方向上的控制参数，表示第一薄透镜的焦距，表示第二薄透镜的焦距，x表示x轴传播方向上对应的第一变量值，y表示y轴传播方向上对应的第二变量值；所述第二空间光调制器编码的相位模式函数为：；其中，表示第一空间光调制器对应的相位掩模函数，表示散光测量系数，，l表示拓扑电荷数，表示方位角。
[0014]进一步的，光束在空间中的移动轨迹的表达式为：；其中，表示傅里叶变换，表示空间域函数，表示其频谱函数，和分别表示空间的水平和垂直频率。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1. 本专利技术利用空间光调制器
‑
透镜组合产生艾里类光束，补偿了二次光谱相位，并且透镜的焦距不影响输出的结果，可以获得具有足够能量的艾里类光束。此外，本专利技术具有很好的适应性，不仅可以应用于对高斯光束或高斯相关光束的艾里变换，也可以扩展到空心光束，矢量涡旋光束，脉冲光束，以及相干光束等，使得成本降低，可以广泛地应用在光电领域，并且使得艾里光束具有更多的波长。
[0016]2. 通过对空间光调制器加载具有相移的立方相位膜片，使目标光束在输出平面产生相应的位移。基于傅里叶变换位移定理，通过调节横向和纵向相对相移的比例系数，测量目标光束的横向和纵向位移，确定相移和位移的线性关系，从而确定了目标光束的运动轨迹，实现了对目标光束初始面位置的调控。光束轨迹的起点可以位于傅里叶透镜后的任意平面上，使得目标光束的调控范围增大，并弥补了利用立方分布的连续相位板产生艾里类光束无法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字化艾里类光束的产生与调控装置，其特征在于，包括光源、第一反射系统、薄透镜系统、相位调制系统、第二反射系统以及观测系统；所述薄透镜系统包括第一薄透镜以及第二薄透镜，所述相位调制系统包括第一空间光调制器以及第二空间光调制器，所述光源用于产生圆偏振激光，所述圆偏振激光依次经过所述第一反射系统、所述第一薄透镜、所述第一空间光调制器、所述第二薄透镜、所述第二空间光调制器以及所述第二反射系统后生成艾里类光束；其中，所述第一反射系统和所述第二反射系统用于对其入射光进行校准，所述第一薄透镜用于对其入射光进行傅里叶逆变换，所述第二薄透镜用于对其入射光进行傅里叶变换，所述第一空间光调制器与所述第二空间光调制器分别用于对入射光波进行立方相位调制，所述观测系统用于捕获所产生的所述艾里类光束的强度分布。2.根据权利要求1所述的数字化艾里类光束的产生与调控装置，其特征在于，在所述光源与所述第一反射系统之间设有光束扩展器，所述光束扩展器用于对所述光源所产生的圆偏振激光进行扩束与准直。3.根据权利要求2所述的数字化艾里类光束的产生与调控装置，其特征在于，在所述第二反射系统与所述第三空间光调制器之间设有分束器，所述相位调制系统还包括第三空间光调制器，所述分束器用于将激光束分成第一光波与第二光波，所述第三空间光调制器用于对所述第一光波进行频谱分析，并将所述分析结果输出至所述观测系统，所述观测系统用于捕捉所述第二光波。4.根据权利要求3所述的数字化艾里类光束的产生与调控装置，其特征在于，所述第一空间光调制器与所述光束扩展器以及所述第一薄透镜和所述第二薄透镜之间均设有圆形孔径，所述圆形孔径用于调节其入射光的能量分布。5.根据权利要求4所述的数字化艾里类光束的产生与调控装置，其特征在于，所述观测系统包括CCD相机，所述CCD相机安装于平行移动平台上，所述平行移动平台与光束的传播Z轴平行，所述CCD相机通过所述平行移动平台实现沿光束的传播光轴移动。6.一种数字化艾里类光束的产生与调控方法，应用于权利要求5所述的数字化艾里类光束的产生与调控装置，所述数字化艾里类光束的产生与调控方法包括以下步骤：步骤一：对所述光源发出的圆偏振激光进行扩束，以得到扩束激光；步骤二：对所述扩束激光进行一次能量分布调节，并将一次能量分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志荣，张强，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：