CN110471188A - 一种基于类抛物透镜位相调制艾里光束传输轨迹的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于类抛物透镜位相调制艾里光束传输轨迹的方法，包括以下步骤：步骤一、由激光器发出高斯光束，并将所述高斯光束进行准直和扩束；步骤二、将准直扩束后的高斯光束投射到分束器上进行分光；步骤三、将分光后的光束射入至事先加载了相位图形的空间光调制器上，进行相位调制；最后将经立方相位掩膜板后的光束通过傅里叶变换透镜进行傅里叶变换，得到艾里光束，本发明利用计算全息技术得到抛物透镜位相因子的位相掩模板。通过改变类抛物透镜位相因子的调制参数，得到相应调制效果的相位掩模板，从而实现灵活控制艾里光束传输轨迹。
Description
技术领域
本发明涉及一种艾里光束传输轨迹调控方法，公开了一种基于类抛物透镜位相调制艾里光束传输轨迹的方法。
背景技术
2007年Siviloglou发现在艾里函数上加一个指数衰减函数仍能满足波动方程，并且在实验上第一次产生了有限能量的艾里光束。艾里光作为无衍射光的一种，以其独特的性质，近似无衍射、横向自加速、自愈性等引起人们的极大关注。艾里光束的传输轨迹表现为抛物线型而非常规的直线传播。由于不同情况下对艾里光束传输轨迹有不同的要求，因此，近年来对艾里光束传输轨迹的调控也逐渐成为研究重点。
Siviloglou和Chen等利用傅里叶变换透镜，入射光束和空间光调制器之间中心偏离的方法，给艾里光束引入初始发射角，实现对艾里光束传输轨迹的调控。该方法简单而有效，但是由于空间光调制器尺寸有限，引入的偏移量较小，这就大大限制了对艾里光束传输轨迹的调控范围。
2014年吴疆苗等参照力学加速度的定义给出艾里光束的自加速，并发现加速度的大小与透镜焦距的三次方成反比，也就是说控制傅里叶变换透镜的焦距可控制艾里光束的自弯曲程度，但是由于在实验过程中空间范围有限，因此限制了透镜的焦距，无法灵活利用不同焦距透镜进行调制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于类抛物透镜位相调制艾里光束传输轨迹的方法，利用计算全息技术得到抛物透镜位相因子的位相掩模板，通过改变类抛物透镜位相因子的调制参数，得到相应调制效果的相位掩模板，从而实现灵活控制艾里光束传输轨迹。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种基于类抛物透镜位相调制艾里光束传输轨迹的方法，包括以下步骤：
步骤一、由激光器发出高斯光束，并将所述高斯光束进行准直和扩束；
步骤二、将准直扩束后的高斯光束投射到分束器上进行分光；
步骤三、将分光后的光束射入至事先加载了相位图形的空间光调制器上，进行相位调制；
步骤四、步骤三中的相位图形是利用计算机全息技术产生具有抛物透镜位相因子的立方位相全息图；
步骤五、基于步骤四利用计算机全息技术得到抛物透镜位相因子的位相掩模板，具有抛物透镜的透过率函数为：
p(x)为透镜孔径函数，表示透镜焦距，为波数；
步骤六、基于步骤五调制的艾里光束表达式为：
为二次位相因子系数，为归一化的横向宽度，为归一化的传播距离，w0为光束的横向尺度因子，a为艾里光束的衰减因子；
步骤七、由步骤六可知艾里光束的传输轨迹为：
步骤八、将经立方相位掩模板后的光束通过傅里叶变换透镜进行傅里叶变换，得到艾里光束。
进一步的，所述步骤八完成后，将艾里光束通过相机接收。
一种基于抛物透镜位相调制艾里光束轨迹的调控装置，包括用于发射高斯光束的激光器、用于对高斯光束进行准直和扩束的准直扩束镜、用于对准直扩束后的光束进行分光的分束器、用于对分光后的光束进行相位调制的空间光调制器、用于对空间光调制器进行预先加载相位图形的计算机、用于对经相位调制后的光束进行傅里叶变换以得到艾里光束的傅里叶变换透镜。
进一步的，还包括用于对艾里光束进行接收的相机。
本发明的有益效果主要表现在以下几个方面：利用计算机全息技术产生具有抛物透镜位相因子的立方相位全息图，把全息图加载到空间光调制器上通过改变抛物透镜位相调制参数实现灵活的调控艾里光束传输轨迹。
附图说明
图1是本发明的实验产生艾里光束的调控装置的结构示意图；
图2是本发明中m取不同大小时的立方相位全息图及艾里光束传输轨迹示意图；
图中标记：1、激光器，2、准直扩束镜，3、空间光调制器，4、分束器，5、傅里叶变换透镜，6、相机，7、电脑。
具体实施方式
结合附图对本发明实施例加以详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
根据附图可知，一种基于类抛物透镜位相调制艾里光束传输轨迹的方法，包括以下步骤：
步骤一、由激光器发出高斯光束，并将所述高斯光束进行准直和扩束；
步骤二、将准直扩束后的高斯光束投射到分束器上进行分光；
步骤三、将分光后的光束射入至事先加载了相位图形的空间光调制器上，进行相位调制；
步骤四、步骤三中的相位图形是利用计算机全息技术产生具有抛物透镜位相因子的立方位相全息图；
步骤五、基于步骤四利用计算机全息技术得到抛物透镜位相因子的位相掩模板，具有抛物透镜的透过率函数为：
p(x)为透镜孔径函数，表示透镜焦距，为波数；
步骤六、基于步骤五调制的艾里光束表达式为：
为二次位相因子系数，为归一化的横向宽度，为归一化的传播距离，w0为光束的横向尺度因子，a为艾里光束的衰减因子；
步骤七、由步骤六可知艾里光束的传输轨迹为：由此表明焦距f可以调控艾里光束传输轨迹。当m＝0，即f→∞时，传输轨迹是传统艾里光束的传输轨迹。
步骤八、将经立方相位掩模板后的光束通过傅里叶变换透镜5进行傅里叶变换，得到艾里光束。
进一步的，所述步骤八完成后，将艾里光束通过相机7接收。
一种基于抛物透镜位相调制艾里光束轨迹的调控装置，包括用于发射高斯光束的激光器1、用于对高斯光束进行准直和扩束的准直扩束镜2、用于对准直扩束后的光束进行分光的分束器4，该分束器为分光棱镜、用于对分光后的光束进行相位调制的空间光调制器3、用于对空间光调制器3进行预先加载相位图形的计算机7、用于对经相位调制后的光束进行傅里叶变换以得到艾里光束的傅里叶变换透镜5。
进一步的，还包括用于对艾里光束进行接收的相机。
本发明的实验实施过程如下：
1.根据理论公式，利用计算机全息技术产生立方位相全息图。通过改变二次位相因子系数m的取值产生不同轨迹调控作用的立方位相全息图；
2.把全息图加载到空间光调制器上，产生所需特定传输轨迹的艾里光束。
实施方式为：实验中采用波长为632.8nm的激光，分辨率为512×512像素的空间光调制器，设置衰减因子a＝0.1，给定二次位相因子系数m某一具体数值。利用计算机全息技术，得到相应的立方相位全息图，把全息图加载到空间光调制器中。根据图1所示光路设置实验装置，产生相应调制效果的艾里光束传输轨迹。
图2分别给出了二次位相因子参数m＝0.08，m＝0.18，m＝0.28时得到的一维形式的立方相位掩模板(见图2(a)、(b)、(c))以及相应参数下的艾里光束传输轨迹(见图2(d)、(e)、(f))。
通过光束传输轨迹对比可以看出二次位相因子参数的改变对艾里光束传输轨迹调控效果明显。这里仅给出了一维形式下的立方相位全息图，实际上同样可以推广到二维的形式，理论上可以产生同样的调控效果。
本发明通过制作一种具有类抛物透镜位相因子的相位掩模板来实现对艾里光束传输轨迹的控制。利用计算全息技术得到抛物透镜位相因子的位相掩模板。通过改变类抛物透镜位相因子的调制参数，得到相应调制效果的相位掩模板，从而实现灵活控制艾里光束传输轨迹。
还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以上所述实施例仅为本发明的一种具体实施方式，并不能因此而理解为对本发明保护范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本思想的前提下，还可以对本专利所提出的具体实施细节做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于类抛物透镜位相调制艾里光束传输轨迹的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、由激光器发出高斯光束，并将所述高斯光束进行准直和扩束；
步骤二、将准直扩束后的高斯光束投射到分束器上进行分光；
步骤三、将分光后的光束射入至事先加载了相位图形的空间光调制器上，进行相位调制；
步骤四、步骤三中的相位图形是利用计算机全息技术产生具有抛物透镜位相因子的立方位相全息图；
步骤五、基于步骤四利用计算机全息技术得到抛物透镜位相因子的位相掩模板，具有抛物透镜的透过率函数为：
p(x)为透镜孔径函数，表示透镜焦距，为波数；
步骤六、基于步骤五调制的艾里光束表达式为：
为二次位相因子系数，为归一化的横向宽度，为归一化的传播距离，w0为光束的横向尺度因子，a为艾里光束的衰减因子；
步骤七、由步骤六可知艾里光束的传输轨迹为：
步骤八、将经立方相位掩膜板后的光束通过傅里叶变换透镜进行傅里叶变换，得到艾里光束。
2.根据权利要求1所述的一种基于类抛物透镜位相调制艾里光束传输轨迹的方法，其特征在于：所述步骤八完成后，将艾里光束通过通过相机接收。
3.一种基于抛物透镜位相调制艾里光束轨迹的调控装置，其特征在于：包括用于发射高斯光束的激光器、用于对高斯光束进行准直和扩束的准直扩束镜、用于对准直扩束后的光束进行分光的分束器、用于对分光后的光束进行相位调制的空间光调制器、用于对空间光调制器进行预先加载相位图形的计算机、用于对经相位调制后的光束进行傅里叶变换以得到艾里光束的傅里叶变换透镜。
4.根据权利要求3所述的一种基于抛物透镜位相调制艾里光束轨迹的调控装置，其特征在于：还包括用于对艾里光束进行接收的相机。
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