CN216485793U - 一种控制因斯高斯光束传播轨迹的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例提供一种控制因斯高斯光束传播轨迹的系统，包括氦氖激光器、分束立方晶体、空间光调制器、空间滤波系统：通过空间光调制器用于基于预设干涉条纹掩模板对因斯高斯光束的波前相位进行调制来产生类因斯高斯光束，并将经相位调制后的类因斯高斯光束反射至所述分束立方晶体；通过所述空间滤波系统用于获取沿抛物线轨迹传输的所述类因斯高斯光束具有造价低，系统简单，操作方便等优点，有效降低了入射光的衍射损耗，系统输出功率较大，节省成本，提高了效率，能够很好地控制类因斯高斯光束的传播轨迹，并对其聚焦位置和强度进行调控。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及光学技术领域，尤其涉及一种控制因斯高斯光束传播轨迹的系统。
背景技术
在2004年，科研工作者推导了空间近轴波动方程在椭圆坐标系下的准确正交解，即因斯高斯模式，随后在实验上成功产生了因斯高斯光束，从那时起，因斯高斯光束成为人们关注的焦点。因斯高斯模式是一种自然存在于稳定谐振腔中的激光模式，相比于厄米高斯模式和拉盖尔高斯模式，其具有奇模与偶模，有着更加丰富的横向光场模式分布，因此吸引了广大科研工作者在因斯高斯光束这一领域的深入研究。
自加速光束一直以来都是科研工作者的研究热点，以艾里光束为代表的自加速光束是一类在自由空间中具有弯曲传播特性的新颖光束，这类光束因其具有自加速、无衍射和自修复等奇异特性引起了人们的广泛关注。目前有两种方法可以获得自加速光束：第一，通过求解波动方程获得自加速光束，如艾里光束；第二，通过调制现有光束的波前相位，以获得自加速光束，如“自呼吸”类贝塞尔光束。经过波前调制后的光束可沿预设轨迹传播，并且其传播特性将会改变。因此，自加速光束在军事、国防、生物医疗、粒子操控等方面具有重要的应用。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种控制因斯高斯光束传播轨迹的系统，能够很好地控制类因斯高斯光束的传播轨迹，有效降低了入射光的衍射损耗。
本实用新型实施例提供一种控制因斯高斯光束传播轨迹的系统，包括氦氖激光器、分束立方晶体、空间光调制器、空间滤波系统：
氦氖激光器，用于发射高斯光束；
分束立方晶体，用于将所述高斯光束分为第一高斯光束和第二高斯光束，将所述第一高斯光束发送至所述空间光调制器，接收所述空间光调制器反射的经调制后的类因斯高斯光束；将所述类因斯高斯光束和所述第二高斯光束发送至所述空间滤波系统；
所述空间光调制器用于基于预设干涉条纹掩模板对所述类因斯高斯光束进行相位调制，并将经相位调制后的类因斯高斯光束反射至所述分束立方晶体；
所述空间滤波系统用于获取沿抛物线轨迹传输的所述类因斯高斯光束。
作为优选的，所述空间滤波系统包括第一傅里叶变换透镜、光阑和第二傅里叶变换透镜；
所述第一傅里叶变换透镜用于对所述类因斯高斯光束进行傅里叶变换；
所述光阑设于所述第一傅里叶变换透镜的像方焦平面处，用于在像方焦平面处获取所述类因斯高斯光束的正一级干涉条纹；
所述第二傅里叶变换透镜用于对所述光阑捕获的所述类因斯高斯光束的正一级干涉条纹进行反傅里叶变换调制，在像方焦平面获得沿抛物轨迹传输的类因斯高斯光束的初始光场。
作为优选的，所述预设干涉条纹掩模板为预先计算模拟获得的经抛物轨迹相位作用的因斯高斯光束与平面波的干涉条纹。
作为优选的，还包括扩束准直系统，所述扩束准直系统位于所述氦氖激光器和所述分束立方晶体之间，用于对所述高斯光束进行扩束并且准直后，发送至所述分束立方晶体。
作为优选的，还包括CCD相机，所述CCD相机设于所述第二傅里叶变换透镜一侧，用于观察传输距离范围内的光束。
作为优选的，还包括反射镜，所述反射镜设于所述第二傅里叶变换透镜远离所述光阑的一侧，所述反射镜用于将从第二傅里叶变换透镜出来的类因斯高斯光束的初始光场反射至自由空间中传播，以供所述CCD相机拍摄。
作为优选的，所述反射镜位于所述第二傅里叶变换透镜的像方焦平面处。
本实用新型实施例提供的一种控制因斯高斯光束传播轨迹的系统，采用空间光调制器对因斯高斯光束的波前相位进行调制来产生类因斯高斯光束，具有造价低，系统简单，操作方便等优点，有效降低了入射光的衍射损耗，系统输出功率较大，节省成本，提高了效率，能够很好地控制类因斯高斯光束的传播轨迹，并对其聚焦位置和强度进行调控。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本实用新型实施例的控制因斯高斯光束传播轨迹的系统装置图；
图2为根据本实用新型实施例的全息干涉条纹掩模板；
图3为根据本实用新型实施例的类因斯高斯光束在自由空间中传播的强度分布和相位分布图；
图4为根据本实用新型实施例的类因斯高斯光束在不同抛物轨迹二次项系数条件下的传输图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本申请实施例中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
本申请实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列部件或单元的系统、产品或设备没有限定于已列出的部件或单元，而是可选地还包括没有列出的部件或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它部件或单元。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
自加速光束一直以来都是科研工作者的研究热点，以艾里光束为代表的自加速光束是一类在自由空间中具有弯曲传播特性的新颖光束，这类光束因其具有自加速、无衍射和自修复等奇异特性引起了人们的广泛关注。目前有两种方法可以获得自加速光束：第一，通过求解波动方程获得自加速光束，如艾里光束；第二，通过调制现有光束的波前相位，以获得自加速光束，如“自呼吸”类贝塞尔光束。经过波前调制后的光束可沿预设轨迹传播，并且其传播特性将会改变。因此，自加速光束在军事、国防、生物医疗、粒子操控等方面具有重要的应用。
因此，本实用新型实施例提供一种控制因斯高斯光束传播轨迹的系统，采用空间光调制器对因斯高斯光束的波前相位进行调制来产生类因斯高斯光束，具有造价低，系统简单，操作方便等优点，有效降低了入射光的衍射损耗，系统输出功率较大，节省成本，提高了效率，能够很好地控制类因斯高斯光束的传播轨迹，并对其聚焦位置和强度进行调控。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。
图1为本实用新型实施例提供一种控制因斯高斯光束传播轨迹的系统，以拓展自加速光束的种类，该系统包括氦氖激光器、分束立方晶体、空间光调制器、空间滤波系统：
氦氖激光器，用于发射高斯光束；
分束立方晶体，用于将所述高斯光束分为第一高斯光束和第二高斯光束，将所述第一高斯光束发送至所述空间光调制器，接收所述空间光调制器反射的经调制后的类因斯高斯光束；将所述类因斯高斯光束和所述第二高斯光束发送至所述空间滤波系统；
所述空间光调制器用于基于预设干涉条纹掩模板对所述类因斯高斯光束进行相位调制，并将经相位调制后的类因斯高斯光束反射至所述分束立方晶体；
所述空间滤波系统用于获取沿抛物线轨迹传输的所述类因斯高斯光束。
具体地，经扩束准直后的高斯光束射入空间光调制器，由加载了干涉条纹掩模板的空间光调制器对其相位进行调制，随后反射出来的光束通过分束立方晶体后，经过空间滤波系统，完成对沿抛物轨迹传输的类因斯高斯光束的获取。
在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述空间滤波系统包括第一傅里叶变换透镜、光阑和第二傅里叶变换透镜；
所述第一傅里叶变换透镜用于对所述类因斯高斯光束进行傅里叶变换；
所述光阑设于所述第一傅里叶变换透镜的像方焦平面处，用于在像方焦平面处获取所述类因斯高斯光束的正一级干涉条纹；
所述第二傅里叶变换透镜用于对所述光阑捕获的所述类因斯高斯光束的正一级干涉条纹进行反傅里叶变换调制，在像方焦平面获得沿抛物轨迹传输的类因斯高斯光束的初始光场，其传播轨迹可以通过改变抛物轨迹二次项系数进行控制。
在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述预设干涉条纹掩模板为预先计算模拟获得的经抛物轨迹相位作用的因斯高斯光束与平面波的干涉条纹。类因斯高斯光束在阶数p＝4，级数m＝0，椭圆率ε＝2条件下的全息干涉条纹掩模板；
本实用新型实施例将抛物轨迹相位和因斯高斯光束结合起来，得到沿抛物轨迹传输的类因斯高斯光束，并在本实用新型实施例中对该光束在自由空间中传播的强度分布进行了深入的分析。图2是加载经抛物轨迹相位作用的因斯高斯光束与平面波的干涉条纹掩膜板。
在图3中本实用新型实施例选取光束沿抛物轨迹传播的几个截面的归一化光强分布并在实验中加以验证，类因斯高斯光束在阶数p＝4，级数m＝0，椭圆率ε＝2，抛物轨迹二次项系数Ω＝50，其中，(a)传输侧视图；(b)初始平面相位分布图；(c1)-(c4)对应(a)的四个标记横截面的数值模拟归一化强度分布图；(d1)-(d4)是对应(c1)-(c4)的实验图；可以看出光束沿抛物轨迹传播，具有横向自加速特性。
图4显示的是不同抛物轨迹二次项系数Ω的光束沿z轴传播的光强分布和最大强度曲线，类因斯高斯光束在不同抛物轨迹二次项系数Ω，阶数p＝4，级数m＝0，椭圆率ε＝2；其中，(a)相应抛物轨迹二次项系数Ω下的最大强度图；(b1)-(b3)是相应抛物轨迹二次项系数Ω下的光束横向强度分布图；可以看出当抛物轨迹二次项系数Ω不同时，类因斯高斯光束的传播轨迹斜率发生显著改变，并且出现不同次数的自聚焦特性。故光束在自由空间传输时，光束的聚焦位置和强度能够通过改变空间光调制器上的干涉条纹掩模板的信息进行控制。
在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，还包括扩束准直系统，所述扩束准直系统位于所述氦氖激光器和所述分束立方晶体之间，用于对所述高斯光束进行扩束并且准直后，发送至所述分束立方晶体。
在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，还包括CCD相机，所述CCD相机设于所述第二傅里叶变换透镜一侧，用于观察传输距离范围内的光束。
在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，还包括反射镜，所述反射镜设于所述第二傅里叶变换透镜远离所述光阑的一侧，所述反射镜用于将从第二傅里叶变换透镜出来的类因斯高斯光束的初始光场反射至自由空间中传播，以供所述CCD相机拍摄。
在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述反射镜位于所述第二傅里叶变换透镜的像方焦平面处。
本实用新型的各实施方式可以任意进行组合，以实现不同的技术效果。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，该流程可以由计算机程序来指令相关的硬件完成，该程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种控制因斯高斯光束传播轨迹的系统，其特征在于，包括氦氖激光器、分束立方晶体、空间光调制器、空间滤波系统：
氦氖激光器，用于发射高斯光束；
分束立方晶体，用于将所述高斯光束分为第一高斯光束和第二高斯光束，将所述第一高斯光束发送至所述空间光调制器，接收所述空间光调制器反射的经调制后的类因斯高斯光束；将所述类因斯高斯光束和所述第二高斯光束发送至所述空间滤波系统；
所述空间光调制器用于基于预设干涉条纹掩模板对所述类因斯高斯光束进行相位调制，并将经相位调制后的类因斯高斯光束反射至所述分束立方晶体；
所述空间滤波系统用于获取沿抛物线轨迹传输的所述类因斯高斯光束。
2.根据权利要求1所述的控制因斯高斯光束传播轨迹的系统，其特征在于，所述空间滤波系统包括第一傅里叶变换透镜、光阑和第二傅里叶变换透镜；
所述第一傅里叶变换透镜用于对所述类因斯高斯光束进行傅里叶变换；
所述光阑设于所述第一傅里叶变换透镜的像方焦平面处，用于在像方焦平面处获取所述类因斯高斯光束的正一级干涉条纹；
所述第二傅里叶变换透镜用于对所述光阑捕获的所述类因斯高斯光束的正一级干涉条纹进行反傅里叶变换调制，在像方焦平面获得沿抛物轨迹传输的类因斯高斯光束的初始光场。
3.根据权利要求1所述的控制因斯高斯光束传播轨迹的系统，其特征在于，所述预设干涉条纹掩模板为预先计算模拟获得的经抛物轨迹相位作用的因斯高斯光束与平面波的干涉条纹。
4.根据权利要求1所述的控制因斯高斯光束传播轨迹的系统，其特征在于，还包括扩束准直系统，所述扩束准直系统位于所述氦氖激光器和所述分束立方晶体之间，用于对所述高斯光束进行扩束并且准直后，发送至所述分束立方晶体。
5.根据权利要求2所述的控制因斯高斯光束传播轨迹的系统，其特征在于，还包括CCD相机，所述CCD相机设于所述第二傅里叶变换透镜一侧，用于观察传输距离范围内的光束。
6.根据权利要求5所述的控制因斯高斯光束传播轨迹的系统，其特征在于，还包括反射镜，所述反射镜设于所述第二傅里叶变换透镜远离所述光阑的一侧，所述反射镜用于将从第二傅里叶变换透镜出来的类因斯高斯光束的初始光场反射至自由空间中传播，以供所述CCD相机拍摄。
7.根据权利要求6所述的控制因斯高斯光束传播轨迹的系统，其特征在于，所述反射镜位于所述第二傅里叶变换透镜的像方焦平面处。
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