CN219039498U - 在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯漩涡光束的系统，包括氦氖激光器、立方分束晶体、空间光调制器、空间滤波系统和抛物势介质；通过空间光调制器，对立方分束晶体中发射出的第一高斯光束进行调制，并将经调制后的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在光阑处(频谱面)选取正一级干涉条纹，从而产生对称皮尔斯高斯涡旋光束；所述抛物势介质用于提供光束传输所需的外部环境，进行光束的轨迹外调制，此系统具有成本低、装置简单、操作简便等优点，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，能够调整光束的强度分布和聚焦位置。

Description

在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，具体涉及一种在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统。

背景技术

1946年，Pearcey在突变理论的框架下首次提出皮尔斯方程，作为艾里方程的二维对应关系。2012年，Ring等人利用相位调制的实验方法产生了一种新的近轴光束，即皮尔斯光束，并发现皮尔斯光束具有自聚焦和自愈的特性。随后，在理论研究的基础上，科研人员通过数值模拟和实验产生了皮尔斯光束，得出皮尔斯光束是可控结构的结论。同时，也发现了由皮尔斯光束衍生出的新型光束，如对称皮尔斯高斯光束、圆形皮尔斯光束等。这些光束显示了皮尔斯光束所没有的传输特性。

其次，涡旋光束是一种特殊的新型光束，它具有螺旋波前相位和轨道角动量等特殊性质。这些优点使其广泛应用于光信息传输和粒子操纵领域。因此，人们对涡旋光束的各种优良特性进行了研究。

此外，研究光束在光学介质中的传输是个热门的课题。本专利中使用的抛物线折射率介质材料是一种非均匀材料。它的成分和结构在材料中按照一定的规律不断变化，因此折射率也随之不断变化。研究人员认为，在抛物线折射率介质中，某些光束会出现新的传输方式，如出现周期性聚焦。

另外，现有的产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统入射光的衍射损耗大，系统输出功率较小。

实用新型内容

有鉴于此，为了解决现有技术中入射光的衍射损耗大、系统输出功率较小的问题，本实用新型提出一种在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统，能够很好地控制对称皮尔斯高斯漩涡光束的传播轨迹、强度和焦距，有效降低了入射光的衍射损耗。

本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：

一种在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统，包括激光器、立方分束晶体、空间光调制器、空间滤波系统和抛物势介质；

所述激光器用于发射线偏振的高斯光束；

所述立方分束晶体用于首先将所述高斯光束分为第一高斯光束和第二高斯光束，其中第一高斯光束发送至所述空间光调制器，在空间光调制器中经调制后产生对称皮尔斯高斯光束；接着立方分束晶体接收该对称皮尔斯高斯光束，并将所述对称皮尔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加载对称皮尔斯高斯涡旋光束和平面波干涉的相位掩模板，对立方分束晶体中发射出的第一高斯光束进行调制，产生对称皮尔斯高斯光束，并将所述对称皮尔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在光阑处选取正一级干涉条纹，从而产生对称皮尔斯高斯涡旋光束；

所述抛物势介质用于提供光束传输所需的外部环境，进行光束的轨迹外调制。

进一步地，所述空间滤波系统包括第一傅里叶变换透镜、光阑和第二傅里叶透镜；

所述第一傅里叶变换透镜用于对所述对称皮尔斯高斯涡旋光束进行傅里叶变换；

所述光阑置于所述第一傅里叶变换透镜和第二傅立叶变换透镜之间，用于获取对称皮尔斯高斯涡旋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对称皮尔斯高斯光束的正一级干涉条纹进行反傅里叶变换调制，获得对称皮尔斯高斯涡旋光束的初始光场。

进一步地，所述在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统还包括扩束准直系统，所述扩束准直系统位于所述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，发送至所述立方分束晶体。

进一步地，所述在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统还包括CCD相机，所述CCD相机设于抛物势介质一侧，用于观察传输距离范围内的光束。

进一步地，所述在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统还包括反射镜，所述反射镜设于所述第二傅里叶变换透镜和抛物势介质之间，用于将从第二傅里叶变换透镜出来的对称皮尔斯高斯涡旋光束的初始光场反射至抛物势介质中传播，以供所述CCD相机拍摄。

进一步地，所述激光器为氦氖激光器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少包括：

本实用新型的在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统，采用空间光调制器对立方分束晶体中发射出的第一高斯光束进行调制，经过空间滤波系统，得到对称皮尔斯高斯涡旋光束，该系统具有成本低、装置简单、操作简便等优点，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。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本实用新型在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统装置图；

图2是本实用新型产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的傅里叶变换图；

图3(a)、(b1)-(b4)是本实用新型中对称皮尔斯高斯涡旋光束在势深α＝0.5条件下的传输图；

图4(a)、(b1)-(b3)是本实用新型中对称皮尔斯高斯涡旋光束在不同势深条件下的传输图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅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做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。

研究光束在光学介质中的传输是个热门的课题。抛物线折射率介质材料是一种非均匀材料。它的成分和结构在材料中按照一定的规律不断变化，因此折射率也随之不断变化。研究人员认为，在抛物线折射率介质中，某些光束会出现新的传输方式，如出现周期性聚焦。

因此，本实用新型实施例提出了一种在静态抛物介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统。此系统具有成本低，装置简单，操作简便等优点，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，能够调整光束的强度分布和聚焦位置。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。

图1是本实用新型在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯涡旋光束的系统装置图，该系统包括氦氖激光器、立方分束晶体、空间光调制器、空间滤波系统和抛物势介质；

所述氦氖激光器用于发射线偏振的高斯光束；

所述立方分束晶体用于首先将所述氦氖激光器发出的高斯光束分为第一高斯光束和第二高斯光束，其中第一高斯光束发送至所述空间光调制器，在空间光调制器中经调制后产生对称皮尔斯高斯光束；接着，立方分束晶体接收该对称皮尔斯高斯光束，并将所述对称皮尔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加载对称皮尔斯高斯涡旋光束和平面波干涉的相位掩模板，对立方分束晶体中发射出的第一高斯光束进行调制，产生对称皮尔斯高斯光束，并将所述对称皮尔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在光阑处(频谱面)选取正一级干涉条纹，从而产生对称皮尔斯高斯涡旋光束；

所述抛物势介质用于提供光束传输所需的外部环境，进行光束的轨迹外调制。

如图2所示，所述空间滤波系统包括第一傅里叶变换透镜、光阑和第二傅里叶透镜；

所述第一傅里叶变换透镜用于对所述对称皮尔斯高斯涡旋光束进行傅里叶变换；

所述光阑置于所述第一傅里叶变换透镜和第二傅立叶变换透镜之间，用于在像方焦平面处获取对称皮尔斯高斯涡旋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对称皮尔斯高斯光束的正一级干涉条纹进行反傅里叶变换调制，获得对称皮尔斯高斯涡旋光束的初始光场。

图3是本实用新型中对称皮尔斯高斯涡旋光束在势深α＝0.5条件下的传输图；(a)是光束在z-x平面的传输图。(b1)-(b4)是对应位置的光束横向强度分布，分别对应(a)中四个标记的平面；可以看出光束具有对称性，且具有很好的聚焦能力。

图4是本实用新型中对称皮尔斯高斯涡旋光束在不同势深条件下的传输图；(a)是不同势深条件下对称皮尔斯高斯涡旋光束的强度峰值曲线；(b1)-(b3)是相应势深条件下的光束横向强度分布图。

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯涡旋光束的系统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。

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯涡旋光束的系统还包括CCD相机，所述CCD相机设于抛物势介质一侧，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，所述在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯涡旋光束的系统还包括反射镜，所述反射镜设于所述第二傅里叶变换透镜和抛物势介质之间，用于将从第二傅里叶变换透镜出来的对称皮尔斯高斯涡旋光束的初始光场反射至抛物势介质中传播，以供所述CCD相机拍摄。

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。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统，其特征在于，包括激光器、立方分束晶体、空间光调制器、空间滤波系统和抛物势介质；

所述激光器用于发射线偏振的高斯光束；

所述立方分束晶体用于首先将所述高斯光束分为第一高斯光束和第二高斯光束，其中第一高斯光束发送至所述空间光调制器，在空间光调制器中经调制后产生对称皮尔斯高斯光束；接着立方分束晶体接收该对称皮尔斯高斯光束，并将所述对称皮尔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加载对称皮尔斯高斯涡旋光束和平面波干涉的相位掩模板，对立方分束晶体中发射出的第一高斯光束进行调制，产生对称皮尔斯高斯光束，并将所述对称皮尔斯高斯光束反射至所述立方分束晶体；

所述空间滤波系统用于在光阑处选取正一级干涉条纹，从而产生对称皮尔斯高斯涡旋光束；

所述抛物势介质用于提供光束传输所需的外部环境，进行光束的轨迹外调制。

2.根据权利要求1所述的在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统，其特征在于，所述空间滤波系统包括第一傅里叶变换透镜、光阑和第二傅里叶透镜；

所述第一傅里叶变换透镜用于对所述对称皮尔斯高斯涡旋光束进行傅里叶变换；

所述光阑置于所述第一傅里叶变换透镜和第二傅里叶变换透镜之间，用于获取对称皮尔斯高斯涡旋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对称皮尔斯高斯光束的正一级干涉条纹进行反傅里叶变换调制，获得对称皮尔斯高斯涡旋光束的初始光场。

3.根据权利要求1所述的在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统，其特征在于，所述在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统还包括扩束准直系统，所述扩束准直系统位于所述激光器和所述立方分束晶体之间，用于对所述高斯光束进行扩束并且准直后，发送至所述立方分束晶体。

4.根据权利要求2所述的在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统，其特征在于，所述在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统还包括CCD相机，所述CCD相机设于抛物势介质一侧，用于观察传输距离范围内的光束。

5.根据权利要求4所述的在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统，其特征在于，所述在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统还包括反射镜，所述反射镜设于所述第二傅里叶变换透镜和抛物势介质之间，用于将从第二傅里叶变换透镜出来的对称皮尔斯高斯涡旋光束的初始光场反射至抛物势介质中传播，以供所述CCD相机拍摄。

6.根据权利要求1所述的在静态抛物势介质中产生对称皮尔斯高斯涡旋光束的系统，其特征在于，所述激光器为氦氖激光器。

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