CN108363258B - 一种生成紫外波段矢量光束的装置和方法 - Google Patents

一种生成紫外波段矢量光束的装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108363258B
CN108363258B CN201810026442.1A CN201810026442A CN108363258B CN 108363258 B CN108363258 B CN 108363258B CN 201810026442 A CN201810026442 A CN 201810026442A CN 108363258 B CN108363258 B CN 108363258B
Authority
CN
China
Prior art keywords
vector
ultraviolet
light
generating
waveband
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810026442.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108363258A (zh
Inventor
顾兵
刘天宇
胡月球
芮光浩
崔一平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201810026442.1A priority Critical patent/CN108363258B/zh
Publication of CN108363258A publication Critical patent/CN108363258A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108363258B publication Critical patent/CN108363258B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/354—Third or higher harmonic generation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明提供一种生成紫外矢量光束的装置，包括激光器、可见光波段矢量光束生成系统、紫外波段矢量光束生成系统和检测系统，所述紫外波段矢量光束生成系统包括凸透镜、倍频晶体，所述检测系统包括四分之一波片、检偏器、工业相机CCD。本发明首先生成实验上易于实现和观测的可见光波段的矢量光束，再通过倍频或和频手段获得不易于观测到的紫外矢量光束，光路简单，元器件成本较低，易于实现；通过改变生成的可见光波段矢量光束偏振态，本发明可以生成不同偏振拓扑和的紫外矢量光束，操作简单，灵活，可控性强。

Description

一种生成紫外波段矢量光束的装置和方法
技术领域
本发明属于现代光子学技术领域，涉及一种生成紫外波段矢量光束的装置及方法，更为具体的说，是涉及一种基于二次谐波效应或三次谐波效应的紫外矢量光束生成技术。
背景技术
矢量光束，相对于标量光束而言，是指同一时刻同一波阵面上不同位置具有不同偏振态的光束，也称之为偏振态非均匀分布的光束。对于矢量光束而言，其偏振态分布是空间变化的，这种独特性导致矢量光束出现许多新颖性质，在众多科学领域有着重要的学术价值和潜在应用，如光学微纳加工(HnatovskyC,Shvedov V,KrolikowskiW,etal.Revealing local field structure of focused ultrashort pulses[J].PhysicalReview Letters,2011,106(12):123901.)、光学微操纵(Zhan Q.Trapping metallicRayleigh particles with radial polarization[J].Optics Express,2004,12(15):3377-3382.)、高分辨显微成像(K.Watanabe,N.Horiguchi,and H.Kano,Optimizedmeasurement probe of the localized surface plasmon microscope by usingradially polarized illumination[J].Applied Optics,2007,46(22):4985-4990.)等。这些应用所用矢量光束都在可见光或红外波段。
目前已有的生成矢量光束的方法有如下几种：(1)通过设计谐振腔生成矢量光束场(Kazuhiro Yonezawa,Yuichi Kozawa,and Shunichi Sato.Generation of a radiallypolarized laser beam by use of the birefringence of a c-cut Nd:YVO4crystal[J].Optics Letters,2006,31(14):2151-2153)；(2)利用S-waveplate生成矢量光束(G.Machavariani,Y.Lumer,I.Moshe,A.Meir,and S.Jackel.Spatially-variableretardation plate for efficient generation of radially and azimuthally-polarized beams[J].Optics Communications,2008,281(4):732-738.)；(3)基模激光经过光学元件转化为矢量光场(Stalder M,Schadt M.Linearly polarized light withaxial symmetry generated by liquid-crystal polarization converters[J].OpticsLetters,1996,21(23):1948-1950.)；(4)利用4F系统生成任意矢量光束(Xi-Lin Wang,Jianping Ding et al.Generation of arbitrary vector beams with a spatial lightmodulator and a common path interferometric arrangement[J].Optics Letters,2007,32(24):3549-3551)。
然而现有的研究生成矢量光束的方法由于所用的光学元件透光光谱范围较窄，不适用于紫外波段，且在紫外光波段光学元件的吸收很强，实验上生成操作难度较大，所得到的矢量光束波长多为可见光波段或者红外波段。由于紫外波段矢量光束在光学加工、光学捕获、超分辨成像等方面具有广阔应用，且在研究光与物质相互作用等领域有着重要意义，生成紫外矢量光束成为一个需要解决的问题。而现有的方法生成的矢量光束一般都在可见光波段，紫外波段的矢量光束生成难度较大。
发明内容
我们发现，利用倍频晶体对可见光波段矢量光束进行激光二倍频、三倍频或和频，可以得到波长在紫外波段的矢量光束，且该紫外矢量光束仍然具有空间变化分布的偏振态。这种方法的优势在于，我们可以首先生成实验上易于实现和观测的可见光波段的矢量光束，再通过倍频手段获得不易于观测到的紫外矢量光束，实验步骤较为简单灵活，容易调控，通过改变生成的可见光波段矢量光束偏振态，我们可以生成不同偏振拓扑和的紫外矢量光束。
基于此，本发明提供一种生成紫外矢量光束的装置和方法，用于解决目前缺乏生成紫外矢量光束的方法的技术缺陷。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种生成紫外矢量光束的装置，包括激光器、可见光波段矢量光束生成系统、紫外波段矢量光束生成系统和检测系统，所述紫外波段矢量光束生成系统包括凸透镜、倍频晶体，所述检测系统包括四分之一波片、检偏器、工业相机CCD，凸透镜、倍频或和频功能部件、四分之一波片、检偏器、工业相机CCD沿光束出射方向依次设置在出射光路上，倍频或和频功能部件位于凸透镜的焦平面上；
激光器用于输出线偏振激光束，可见光波段矢量光束生成系统用于将激光器输出的线偏振激光束转化为可见光波段的矢量光束，凸透镜用于将可见光波段的矢量光束会聚后入射到倍频或和频功能部件上，倍频或和频功能部件产生二次谐波效应、三次谐波效应或高次谐波效应，生成波长在紫外光波段的矢量光束，检测系统用于记录分析生成紫外波段矢量光束的偏振分布。
进一步的，所述可见光波段矢量光束生成系统将出射激光生成可调控的矢量光束，波长范围在可见光至红外光波段。
进一步的，紫外光波段矢量光束生成系统中的倍频或和频功能部件与激光器输出波长相匹配，能够实现二倍频、三倍频或高次倍频。
进一步的，倍频或和频功能部件采用非线性晶体或蒸汽。
进一步的，非线性晶体包括BBO晶体。
一种生成紫外矢量光束的方法，包括如下步骤：
步骤1，激光器输出线偏振激光束；
步骤2，步骤1中线偏振激光束经过可见光波段矢量光束生成系统后转化为可见光波段的矢量光束；
步骤3，步骤2得到的可见光波段的矢量光束通过凸透镜会聚后入射到倍频晶体上，产生二次谐波效应、三次谐波效应或高次谐波效应，生成波长在紫外光波段的矢量光束；
步骤4，通过四分之一波片、检偏器和工业相机CCD来记录分析生成紫外波段矢量光束的偏振分布。
进一步的，通过改变可见光波段矢量光束生成系统出射的可见光波段矢量光束偏振态，调控紫外波段矢量光束的偏振拓扑荷。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
1.本发明能够将不同波长的可见光或红外光矢量光束转化为紫外矢量光束，光路简单，元器件成本较低，易于实现。
2.本发明可以通过调控泵浦光的偏振分布，进而调控生成的紫外矢量光束的偏振分布，操作简单，灵活，可控性强。
3.本发明生成的紫外矢量光束偏振态仍为局域线偏振，并且拓扑和与泵浦光的偏振拓扑和相关。
附图说明
图1为本发明提供的一种生成紫外波段矢量光束的装置结构示意图。
图2为通过可见光波段矢量光束生成系统生成不同偏振拓扑荷数(m)的旋向变化的局域线偏振矢量光束的模拟光强分布图，图(a)是模拟X分量光强分布图，图(b)是模拟Y分量光强分布图，图(c)是模拟总光强分布图，图上箭头为光束偏振方向。
图3为不同偏振拓扑荷数(m)的局域线偏振矢量光束通过BBO晶体后得到的紫外矢量光束的模拟光强分布图，图(a)是模拟X分量光强分布图，图(b)是模拟Y分量光强分布图，图(c)是模拟总光强分布图，图上箭头为光束偏振方向。
图4为激光入射功率与二次谐波输出紫外波段矢量光束功率的关系图，二次谐波功率P(2ω)与入射激光功率的平方P(ω2成正比。
附图标记说明：
1-激光器，2-可见光波段矢量光束生成系统，3-矢量光束，4-凸透镜，5-倍频晶体，6-四分之一波片，7-检偏器，8-工业相机CCD。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，本发明提供的一种生成紫外矢量光束的装置，包括激光器1、可见光波段矢量光束生成系统2、紫外波段矢量光束生成系统和检测系统。其中，可见光波段矢量光束生成系统2可采用现有技术中能够生成矢量光束的常见系统。紫外波段矢量光束生成系统包括凸透镜4、倍频晶体5，而检测系统包括四分之一波片6、检偏器7、工业相机CCD8。凸透镜4、倍频晶体5、四分之一波片6、检偏器7、工业相机CCD8沿光束出射方向依次设置在出射光路上，倍频晶体5位于凸透镜4的焦平面上。激光器1输出的激光束为线偏振光束，经过可见光波段矢量光束生成系统2后转化为可见光波段的矢量光束3，然后通过凸透镜4会聚后入射到倍频晶体5上，产生二次谐波效应(SHG)、三次谐波效应(THG)或高次谐波效应(HHG)，生成波长在紫外光波段的矢量光束，通过检测系统来记录分析生成紫外波段矢量光束的偏振分布。
经过可见光波段矢量光束生成系统后，出射激光为可调控的矢量光束3，波长范围在可见光至红外光波段。紫外光波段矢量光束生成系统中的倍频晶体5与激光器1输出波长相匹配，可以实现二倍频、三倍频或高次倍频。倍频晶体为优选部件，除此之外，还可以通过其他倍频或和频手段，如其他非线性晶体或蒸汽等，可以将不同波长的可见光或红外光矢量光束转化为紫外矢量光束。
基于上述装置，本发明提供了一种生成紫外矢量光束的方法，包括如下步骤：
步骤1，激光器1输出线偏振激光束；
步骤2，步骤1中线偏振激光束经过可见光波段矢量光束生成系统2后转化为可见光波段的矢量光束3；
步骤3，步骤2得到的可见光波段的矢量光束3通过凸透镜4会聚后入射到倍频晶体5上，产生二次谐波效应(SHG)、三次谐波效应(THG)或高次谐波效应(HHG)，生成波长在紫外光波段的矢量光束；
步骤4，通过四分之一波片6、检偏器7和工业相机CCD8来记录分析生成紫外波段矢量光束的偏振分布。
作为优选，通过改变可见光波段矢量光束生成系统2出射的可见光波段矢量光束偏振态，可以调控紫外波段矢量光束的偏振拓扑荷。
如图1所示，激光器出射波长为532nm的线偏振光束，经过可见光波段矢量光束生成系统后生成偏振态可调控的532nm波长的矢量光束，其光强分布如图2所示。生成的可见光波段矢量光束通过倍频晶体(BBO晶体)转化为波长为266nm紫外矢量光束，其光强分布如图3所示。图4为激光入射功率与二次谐波输出紫外波段矢量光束功率的关系图，由图中可知，二次谐波功率P(2ω)与入射激光功率的平方P(ω2成正比。在满足相位匹配条件时，其转化效率为20％左右，并且紫外波段矢量光束偏振态可通过改变可见光波段矢量光束偏振态调控。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种生成紫外矢量光束的装置，其特征在于：包括激光器(1)、可见光波段矢量光束生成系统(2)、紫外波段矢量光束生成系统和检测系统，所述紫外波段矢量光束生成系统包括凸透镜(4)、倍频晶体(5)，所述检测系统包括四分之一波片(6)、检偏器(7)、工业相机CCD(8)；凸透镜(4)、倍频或和频功能部件、四分之一波片(6)、检偏器(7)、工业相机CCD(8)沿光束出射方向依次设置在出射光路上，倍频或和频功能部件位于凸透镜(4)的焦平面上；
激光器(1)用于输出线偏振激光束，可见光波段矢量光束生成系统(2)用于将激光器(1)输出的线偏振激光束转化为可见光波段的矢量光束，凸透镜(4)用于将可见光波段的矢量光束会聚后入射到倍频或和频功能部件上，倍频或和频功能部件用于产生二次谐波效应、三次谐波效应或高次谐波效应，生成波长在紫外光波段的矢量光束，检测系统用于记录分析生成紫外波段矢量光束的偏振分布。
2.根据权利要求1所述的生成紫外矢量光束的装置，其特征在于：所述可见光波段矢量光束生成系统(2)将出射激光(3)生成可调控的矢量光束，波长范围在可见光至红外光波段。
3.根据权利要求1或2所述的生成紫外矢量光束的装置，其特征在于：紫外光波段矢量光束生成系统中的倍频或和频功能部件与激光器(1)输出波长相匹配，能够实现二倍频、三倍频或高次倍频。
4.根据权利要求1所述的生成紫外矢量光束的装置，其特征在于：倍频或和频功能部件采用非线性晶体或蒸汽。
5.根据权利要求4所述的生成紫外矢量光束的装置，其特征在于：非线性晶体包括BBO晶体。
6.一种生成紫外矢量光束的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，激光器(1)输出线偏振激光束；
步骤2，步骤1中线偏振激光束经过可见光波段矢量光束生成系统(2)后转化为可见光波段的矢量光束；
步骤3，步骤2得到的可见光波段的矢量光束通过凸透镜(4)会聚后入射到倍频晶体(5)上，产生二次谐波效应、三次谐波效应或高次谐波效应，生成波长在紫外光波段的矢量光束；
步骤4，通过四分之一波片(6)、检偏器(7)和工业相机CCD(8)来记录分析生成紫外波段矢量光束的偏振分布。
7.根据权利要求6所述的生成紫外矢量光束的方法，其特征在于：通过改变可见光波段矢量光束生成系统(2)出射的可见光波段矢量光束偏振态，调控紫外波段矢量光束的偏振拓扑荷。
CN201810026442.1A 2018-01-08 2018-01-08 一种生成紫外波段矢量光束的装置和方法 Active CN108363258B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810026442.1A CN108363258B (zh) 2018-01-08 2018-01-08 一种生成紫外波段矢量光束的装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810026442.1A CN108363258B (zh) 2018-01-08 2018-01-08 一种生成紫外波段矢量光束的装置和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108363258A CN108363258A (zh) 2018-08-03
CN108363258B true CN108363258B (zh) 2021-05-04

Family

ID=63010918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810026442.1A Active CN108363258B (zh) 2018-01-08 2018-01-08 一种生成紫外波段矢量光束的装置和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108363258B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111399308B (zh) * 2020-03-23 2021-03-30 哈尔滨理工大学 用于任意矢量光场频率变换的偏振无关倍频方法及装置
CN114002161B (zh) * 2021-09-13 2023-12-05 桂林航天工业学院 一种微颗粒片上偏振传感器
CN114115142A (zh) * 2021-11-03 2022-03-01 国家能源集团华北电力有限公司廊坊热电厂 一种智能安全生产控制系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001090812A1 (en) * 2000-05-23 2001-11-29 Massachusetts Institute Of Technology Ultraviolet fluoride nonlinear devices
CN102269876A (zh) * 2011-08-22 2011-12-07 北京理工大学 利用渥拉斯顿棱镜合束生成矢量光束的系统
CN104267557A (zh) * 2014-10-16 2015-01-07 上海交通大学 非共线高效率频率转换实现方法
CN105549295A (zh) * 2016-03-14 2016-05-04 山东大学 一种兼具非临界相位匹配倍频、三倍频性能的紫外激光变频器及其工作方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001090812A1 (en) * 2000-05-23 2001-11-29 Massachusetts Institute Of Technology Ultraviolet fluoride nonlinear devices
CN102269876A (zh) * 2011-08-22 2011-12-07 北京理工大学 利用渥拉斯顿棱镜合束生成矢量光束的系统
CN104267557A (zh) * 2014-10-16 2015-01-07 上海交通大学 非共线高效率频率转换实现方法
CN105549295A (zh) * 2016-03-14 2016-05-04 山东大学 一种兼具非临界相位匹配倍频、三倍频性能的紫外激光变频器及其工作方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Laser material processing with tightly focused cylindrical vector beams;Rokas Drevinskas等;《APPLIED PHYSICS LETTERS》;20160603;第108卷(第22期);参见第221107-1至221107-5页，附图1-6 *
Polarization-vortex-driven second-harmonic generation;D.P.Biss等;《OPTICS LETTERS》;20030601;第28卷(第11期);全文 *
Resolution and contrast enhancement of subtractive second harmonic generation microscopy with a circularly polarized vortex beam;Nian Tian等;《SCIENTIFIC REPORTS》;20150914;第5卷(第1期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108363258A (zh) 2018-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yukawa et al. Experimental generation of four-mode continuous-variable cluster states
CN108363258B (zh) 一种生成紫外波段矢量光束的装置和方法
JP2016526699A5 (zh)
Li et al. Managing orbital angular momentum in second-harmonic generation
CN105988261B (zh) 一种涡旋光场产生装置
CN112366504B (zh) 一种对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器及放大方法
CN103427323A (zh) 单一高次谐波紫外单色光源
TWI417628B (zh) 同調多級光整流兆赫波產生器裝置以及其方法
CN106483096B (zh) 激光激发空气等离子体产生高强度太赫兹波的系统和方法
Miwa et al. Demonstration of cluster-state shaping and quantum erasure for continuous variables
CN111025328A (zh) 一种超高速光参量放大光学成像系统
Wnuk et al. Multi-terawatt chirped pulse optical parametric amplifier with a time-shear power amplification stage
Ge et al. Fourth-harmonic generation of orbital angular momentum light with cascaded quasi-phase matching crystals
CN105790045A (zh) 大能量周期量级超高信噪比飞秒种子脉冲产生装置
Campi et al. Efficient extreme-ultraviolet multi-band high-order wave mixing in silica
Gallmann et al. Sub-6-fs blue pulses generated by quasi-phase-matching second-harmonic generation pulse compression
Bolze et al. Temporally shaped Laguerre–Gaussian femtosecond laser beams
CN212905463U (zh) 一种超高速光参量放大光学成像系统
Fan et al. Ultraviolet spatiotemporal optical vortices via sum-frequency generation
TWI239128B (en) A blue-light generating femtosecond wavelength-tunable non-collinear optical parametric amplifier
Nam et al. Optimized terahertz pulse generation with chirped pump pulses from an echelon-based tilted-pulse-front (TPF) scheme
CN212011579U (zh) 共线双波长激光发生装置
CN211318937U (zh) 一种基于矢量光束的非线性频率转换装置
Shalaby et al. Terahertz brightness at the extreme: demonstration of 5 GV/m, 17 T low frequency {\lambda} 3 terahertz bullet
GB2547268B (en) Optical frequency mixing module

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant