利用液芯光纤同时产生和放大空心光束的方法及装置，属于光学领域，本发明专利技术为解决现有产生空心光束的方法产生效率低、数值孔径较小，且发生装置结构复杂，无法满足要求的问题。本发明专利技术沿液芯光纤一端入射信号光ES，沿液芯光纤的另一端入射泵浦光EP，所述信号光ES与液芯光纤的轴线之间的夹角为θ，所述泵浦光EP与液芯光纤的轴线之间的夹角为α，所述信号光ES与泵浦光EP的频率差为液芯光纤中的芯液材料的布里渊频移，入射至液芯光纤的信号光ES与泵浦光EP相遇并发生布里渊放大，并形成空心光束从液芯光纤的另一端输出。产生并放大的空心光束内径的调节范围宽。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及利用液芯光纤同时产生和放大空心光束的方法及装置，属于光学领域。
技术介绍
在传播方向上中心光强为零的环状光束称为空心光束，它具有传播不变性、桶状强度分布、暗斑尺寸小、无加热效应等新颖独特的物理性质，在微观粒子的冷却与囚禁、激光加工及生物医学等方面有着广泛的应用。产生空心光束的方法有很多，以往常见的有横模选择法、几何光学法、模式变换法、计算全息法等，这些方法的实验装置一般较为复杂。近年来提出一些更为简洁的方法，如空心光纤法、多模光纤法、光纤模间干涉法及光子晶体光纤耦合器等。空心光纤的耦合效率一般低于50%，激光功率损耗较大。2007年 《Chinese Optics Letter》第 5 卷第 8 期发表的《Generation of a hollow laser beam by a multimode fiber》提出利用多模光纤产生空心光束，通过调节入射光束和光纤轴线之间的夹角，来改变空心光束的内径。虽然效率较高，但数值孔径较小，这严重限制了入射光束夹角的变化范围，仅为士2. 78°，从而限制了空心光束的内径。光纤模间干涉法(专利公开号CN1834706A)及光子晶体光纤耦合器(专利申请公布号CN101819326A)分别涉及到多模光纤和单模光纤的耦合以及光子晶体光纤和单模光纤的耦合，在这些光纤耦合过程中，由于存在模式不匹配的问题，激光损耗一般较大，损伤阈值降低。因此，这些方法更适合产生低功率或低能量的空心光束。然而，在一些诸如囚禁自由电子等方面的应用中，需要一种强脉冲激光空心光束来提高囚禁效率。而现有产生空心光束的方法产生效率低、数值孔径较小，且发生装置结构复杂，无法满足要求。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有产生空心光束的方法产生效率低、数值孔径较小，且发生装置结构复杂，无法满足要求的问题，提供了一种利用液芯光纤同时产生和放大空心光束的方法及装置。本专利技术所述利用液芯光纤同时产生和放大空心光束的方法，沿液芯光纤一端入射信号光Es，沿液芯光纤的另一端入射泵浦光EP，所述信号光Es与液芯光纤的轴线之间的夹角为θ，所述泵浦光Ep与液芯光纤的轴线之间的夹角为α，所述信号光Es与泵浦光Ep的频率差为液芯光纤中的芯液材料的布里渊频移，入射至液芯光纤的信号光Es与泵浦光Ep相遇并发生布里渊放大，并形成空心光束从液芯光纤的另一端输出。实现所述利用液芯光纤同时产生和放大空心光束的方法的装置，它包括激光器， 1/2波片，偏振分光棱镜，信号光产生系统，全反镜，第一耦合透镜，液芯光纤，第二耦合透镜，第一全反镜和第二全反镜，激光器发出的P偏振态激光入射至1/2波片，所述P偏振态激光透过1/2波片输出具有P偏振态分量和S偏振态分量的激光，所述具有P偏振态分量和S偏振态分量的激光入射至偏振分光棱镜，偏振分光棱镜反射所述S偏振态分量，偏振分光棱镜透射所述P偏振态分量，被偏振分光棱镜反射输出的S偏振态分量入射至信号光产生系统，形成具有 Stokes频移的P偏振态信号光，所述具有Stokes频移的P偏振态信号光反向输出入射至偏振分光棱镜，偏振分光棱镜将其透射输出、并由全反镜反射后入射至第一耦合透镜，第一耦合透镜输出耦合后获得的P偏振态信号光作为信号光Es以入射角θ入射至液芯光纤中； 被偏振分光棱镜透射输出的P偏振分量连接经过第二全反镜和第一全反镜反射后，入射至第二耦合透镜，第二耦合透镜输出耦合后的P偏振态泵浦光作为泵浦光Ep以入射角度α进入液芯光纤中，入射至液芯光纤的信号光Es与泵浦光Ep相遇并发生布里渊放大，泵浦光的能量向信号光转移，并形成空心光束从液芯光纤的泵浦光入射端输出。本专利技术的优点1.利用一根液芯光纤在产生空心光束的同时对其进行高效放大，突破以往激光和光纤耦合效率低、损耗大等限制。2.充以高折射率芯液材料的液芯光纤数值孔径很大，产生并放大的空心光束内径的调节范围宽。3.改变液芯光纤的温度或者选择不同混合体积比的混合介质作为液芯光纤的芯液材料，均可对空心光束进行调谐。4.根据实际应用灵活选择芯液材料，液芯光纤的工作波长范围较宽。 附图说明图1是所述利用液芯光纤同时产生和放大空心光束的方法的原理示意图；图2是实现利用液芯光纤同时产生和放大空心光束的方法的装置的结构示意图；图3是信号光入射角度为0°时的输出空心光束的图像；图4是信号光入射角度为3°时的输出空心光束的图像；图5是信号光入射角度为10°时的输出空心光束的图像；图6是信号光入射角度为15°时的输出空心光束的图像；图7为泵浦光的入射角度为9°，能量为lmj，信号光的入射角度为6°时，空心光束的放大倍率随信号光能量的变化关系图。具体实施例方式具体实施方式一下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述利用液芯光纤同时产生和放大空心光束的方法，沿液芯光纤一端入射信号光Es，沿液芯光纤的另一端入射泵浦光EP，所述信号光Es与液芯光纤的轴线之间的夹角为θ，所述泵浦光Ep与液芯光纤的轴线之间的夹角为α，所述信号光Es与泵浦光Ep的频率差为液芯光纤中的芯液材料的布里渊频移，入射至液芯光纤的信号光Es与泵浦光Ep相遇并发生布里渊放大，并形成空心光束从液芯光纤的另一端输出。 工作原理当一束激光从某一角度入射内径为10 μ m 700 μ m的液芯光纤，能够以低次或高次模的形式传播，在输出端将得到一个空心光束。而且，随着入射角度的不同，空心光束的内径随之改变。如图1所示，信号光Es以角度θ耦合进入液芯光纤，同时在光纤的另一端以角度α引入一束泵浦光Ερ。当两束光的频率差为芯液材料的布里渊频移时，在液芯光纤内部将发生布里渊放大，即泵浦光Ep的能量将转移到信号光Es上，实现对信号光Es的放大。以角度θ入射的信号光Es在液芯光纤中以较高次模式进行传播，在形成空心光束的同时发生布里渊放大，输出放大光的空间分布由信号光Es经液芯光纤传播后形成的空间分布所决定，为一空心的环形光束。这里要求泵浦光Ep和信号光Es与光纤轴线之间的夹角α和θ在其数值孔径范围之内，否则光束将无法传输。偏离主轴方向引入泵浦光Ep的原因主要有两点一是便于放大空心光束的提取；二是避开泵浦光Ep的后向散射光，提高放大空心光束的信噪比。具体实施方式二 本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述信号光Es与液芯光纤的轴线之间的夹角θ选取范围为0° 20°之间。泵浦光Ep和信号光Es与光纤轴线之间的夹角α和θ在其数值孔径范围之内， 否则光束将无法传输。具体实施方式三本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述泵浦光Ep与液芯光纤的轴线之间的夹角α选取范围为5° 20°之间。泵浦光与液芯光纤轴线之间的夹角α的选取原则是既不能影响放大的空心光束输出，又要在液芯光纤的数值孔径内，选取范围为5° 20°之间。具体实施方式四本实施方式对实施方式一作进一步说明，液芯光纤的长度选取0.2m 2m之间，内径选取10 μ m 700 μ m之间，液芯光纤中的芯液材料的折射率选取1.45 2之间。具体实施方式五下面结合图2说明本实施方式，实现实施方式一所述利用液芯光纤同时产生和放大空心光束的方法的装置，它包括激光器1，1/2波片2，偏振分光棱镜3， 信号光产生系统4，全反镜5，第一耦合透镜6，液芯光纤7，第二耦合透镜8，第一全反镜9和第二本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高玮，孙頔，张洪英，李健一，胡晓博，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。