CN109212862A - 一种二维可独立连续调节的全光光路控制方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种二维可独立连续调节的全光光路控制方法及其装置。本发明的物理根据是复合光束中二维独立连续可调的横向动量。同偏振、同频率、同传输方向的一束基模高斯光束和一束(0，1)模拉盖尔高斯光束同心相干叠加于非线性介质入射面形成复合光束。在非线性介质中传输时，复合光束重心偏离初始位置的大小和方向可分别通过两个组合光的比例系数b和相位差δ进行独立连续调节，从而实现可二维独立连续调节的全光光路控制。本发明可方便地在大小和方向两个维度上对光路偏离进行独立的连续调节。

Description

一种二维可独立连续调节的全光光路控制方法及其装置
技术领域
本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种二维可独立连续调节的全光光路控制方法及其装置。
背景技术
全光光路控制在光路由，光开关，光逻辑门等全光信息处理领域有重要应用。因此，研究人员致力于发展各种全光光路控制技术。与电子不同的是，光子之间不能直接相互作用，只能通过非线性光学效应等手段来间接地实现光与光之间的相互作用。过去已发现一些全光光路控制的机制，如孤子相互作用、边界横向约束、线性折射率分布与非线性响应相互作用等。这些机制在很大程度上受到介质类型、边界条件、折射率分布等方面的限制，使得全光光路控制的实现条件较为苛刻。从维度上讲，以前提出的机制或者只能在一个维度上进行调节，或者在两个横向维度上不能分开独立调节。本发明基于复合光场中二维独立连续可调的横向动量，提出一种二维可独立连续调节的全光光路控制方法及其装置，可方便地在大小和方向两个维度上对光路偏离进行独立的连续调节。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的缺陷，提供一种可方便地在大小和方向两个维度上对光路偏离进行独立的连续调节的二维可独立连续调节的全光光路控制方法及其装置，来解决现有技术中存在的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种二维可独立连续调节的全光光路控制方法，包括以下步骤：
S1.产生同偏振、同频率、同传输方向的一束基模高斯光束和一束(0，1)模拉盖尔高斯光束；
S2.使产生的基模高斯光束和(0，1)模拉盖尔高斯光束同心相干叠加于非线性介质入射面；
S3.通过调节两光束的比例系数b和相位差δ来分别调节非线性介质中复合场的重心偏离初始位置的大小和方向，从而实现二维可独立连续调节的全光光路控制。
一种二维可独立连续调节的全光光路控制装置，包括激光光源、a分束镜、b分束镜、a反射镜、b反射镜、涡旋相位板、相位延迟器、a衰减片、b衰减片、a缩束器、b缩束器、非线性体介质；
由激光光源所发出的初始基模高斯光束经a分束镜分为两束，其中一束为基模高斯光束，另一束经过涡旋相位板后变成(0，1)模拉盖尔高斯光束；
其中的基模高斯光束经相位延迟器、a反射镜、a衰减片后进入a缩束器，其中的(0，1)模拉盖尔高斯光束经b反射镜、b衰减片后进入b缩束器，基模高斯光束和(0，1)模拉盖尔高斯光束分别经过a缩束器和b缩束器后通过b分束镜在非线性介质的入射面形成带有横向动量的复合光束。
为了进一步实现本发明，通过联合调节a衰减片和b衰减片来连续调节比例系数b，从而实现对复合光束重心偏离大小的独立连续控制；通过调节相位延迟器来连续调节两光路相位差δ，从而实现对复合光束重心偏离方位角的独立连续控制。
有益效果
本发明的复合光束在非线性体介质中传输时，其重心横向偏离初始位置的大小和方向可分别通过比例系数b及相位差δ来独立连续控制，从而实现二维可独立连续调节的全光光路控制，可方便地在大小和方向两个维度上对光路偏离进行独立的连续调节。
附图说明
图1为本发明二维可独立连续调节的全光光路控制装置的示意图。
附图标记说明：
1、激光光源；2、a分束镜；3、涡旋相位板；4、相位延迟器；5、b反射镜；6、a反射镜；7、b衰减片；8、a衰减片；9、b缩束器；10、a缩束器；11、b分束镜；12、非线性体介质；13、初始基模高斯光束；14、(0，1)模拉盖尔高斯光束；15、基模高斯光束；16、复合光束。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步地详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，本具体实施的方向以图1方向为标准。
实施例一
本发明二维可独立连续调节的全光光路控制方法，包括以下步骤：
步骤一，产生同偏振、同频率、同传输方向的一束基模高斯光束和一束(0，1)模拉盖尔高斯光束；
步骤二，使产生的基模高斯光束和(0，1)模拉盖尔高斯光束同心相干叠加于非线性介质入射面；
步骤三，通过调节两光束的比例系数b和相位差δ来分别调节非线性介质中复合光束的重心偏离初始位置的大小和方向，从而实现二维可独立连续调节的全光光路控制。
其物理根据是复合光束中二维独立连续可调的横向动量。
当同偏振、同频率、同传输方向的一束基模高斯光束和一束(0，1)模拉盖尔高斯光束同心相干叠加时，复合光束光电场表达式为：
其中Ψ0为功率系数，w0为腰宽，b为两光比例系数，δ为两光初始相位差。
复合光场(1)具有横向动量
其中P0为复合光场功率，分别为x、y方向的单位矢量。
当复合光场(1)在非线性介质中传输时，由于动量守恒，光场重心的传输轨迹为一条偏离传输轴的直线；其表达式为：
其中分别为0处和z处的横向重心位置。由(3)式知，在出射端z＝L处，光场重心横向偏离初始位置的大小为：
另外，由公式(3)还可得到偏离的方位角为：
因此，根据(4)式和(5)式，复合场重心偏离初始位置的大小和方向可分别通过两光的比例系数b和相位差δ来独立连续调节，从而实现二维可独立连续调节的全光光路控制。
实施例二
如图1所示，一种二维可独立连续调节的全光光路控制装置，包括激光光源1、a分束镜2、b分束镜11、a反射镜6、b反射镜5、涡旋相位板3、相位延迟器4、a衰减片8、b衰减片7、a缩束器10、b缩束器9、非线性体介质12，其中：
由激光光源1所发出的初始基模高斯光束13经a分束镜2分为两束，其中一束保持不变，仍为基模高斯光束15，另一束经过涡旋相位板3后变成(0，1)模拉盖尔高斯光束14。
基模高斯光束15依次经相位延迟器4、a反射镜6、a衰减片8后进入a缩束器10，(0，1)模拉盖尔高斯光束14依次经b反射镜5、b衰减片7后进入b缩束器9，基模高斯光束15和(0，1)模拉盖尔高斯光束14分别经过a缩束器10和b缩束器9后通过b分束镜11在非线性介质12的入射面形成带有横向动量的复合光束16。
复合光束16进入非线性体介质12后，由于非线性自陷作用，发散作用被抑制从而束宽变化不大。由于复合光束16的横向动量具有守恒性，故复合光束16在非线性体介质12中沿着偏斜的轨迹传输。因此在非线性体介质12的出射端，复合光束16的重心位置产生了相对于初始重心位置的横向偏离。
复合光束16的重心偏离初始位置的大小和方向可分别通过调节比例系数b及相位差δ来实现独立连续控制：
复合光束重心偏离初始位置的大小与比例系数b的关系如式(4)所示：b＝1时偏斜最大，在b<1时偏离程度随着比例系数b的增加而逐渐增加，在b>1时则反之；因此，本发明的装置可以通过联合调节a衰减片8和b衰减片7来调节比例系数b的大小，从而实现对复合光束重心偏离大小的独立连续控制。
光束重心偏离初始位置的方位角与两路光的相位差δ之间的关系如式(5)所示：偏离方位角θ与两光路相位差δ之间相差π/2；因此，本发明的装置可以通过调节相位延迟器4来调节两光路相位差，从而实现对复合光束重心偏离方位角的独立连续控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (3)

1.一种二维可独立连续调节的全光光路控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.产生同偏振、同频率、同传输方向的一束基模高斯光束和一束(0，1)模拉盖尔高斯光束；
S2.使产生的基模高斯光束和(0，1)模拉盖尔高斯光束同心相干叠加于非线性介质入射面；
S3.通过调节两光束的比例系数b和相位差δ来分别调节非线性介质中复合场的重心偏离初始位置的大小和方向，从而实现二维可独立连续调节的全光光路控制。
2.一种二维可独立连续调节的全光光路控制装置，其特征在于，包括激光光源、a分束镜、b分束镜、a反射镜、b反射镜、涡旋相位板、相位延迟器、a衰减片、b衰减片、a缩束器、b缩束器、非线性体介质；
由激光光源所发出的初始基模高斯光束经a分束镜分为两束，其中一束为基模高斯光束，另一束经过涡旋相位板后变成(0，1)模拉盖尔高斯光束；
其中的基模高斯光束经相位延迟器、a反射镜、a衰减片后进入a缩束器，其中的(0，1)模拉盖尔高斯光束经b反射镜、b衰减片后进入b缩束器，基模高斯光束和(0，1)模拉盖尔高斯光束分别经过a缩束器和b缩束器后通过b分束镜在非线性介质的入射面形成带有横向动量的复合光束。
3.根据权利要求2所述的二维可独立连续调节的全光光路控制装置，其特征在于，通过联合调节a衰减片和b衰减片来连续调节比例系数b，从而实现对复合光束重心偏离大小的独立连续控制；通过调节相位延迟器来连续调节两光路相位差δ，从而实现对复合光束重心偏离方位角的独立连续控制。
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