一种Airy光束衰减因子的测量装置，包括He‑Ne激光器、准直扩束器、分束器、反射式空间光调制器、凸透镜、CCD相机和计算机，准直扩束器和分束器设在He‑Ne激光器所发出光束的直线光路上，反射式空间光调制器和凸透镜设在分束器的左右两侧，使经分束器所分出的反射光束能够照射在反射式空间光调制器上，且反射式空间光调制器调解出的Airy光束能够垂直穿过凸透镜，CCD相机设在穿过凸透镜后的Airy光束的直线光路上，且CCD相机和反射式空间光调制器到凸透镜的垂直距离均为凸透镜的焦距，反射式空间光调制器和CCD相机均与计算机连接。本发明专利技术能够直接测量Airy光束衰减因子，提高对于Airy光束性质和应用的把握。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学测试
，具体的说是一种利用Airy光束光强分布规律直接测量其衰减因子的装置和方法。
技术介绍
Airy光束是一种无衍射光束。1979年，M.V.Berry和N.L.Balazs在量子力学领域内理论性地提出了Airy波的概念（参见论文《Nonspreading wave packets》，Am. J. Phys. Vol. 47, 264–267），但是由于这种无衍射波理论上携带有无穷大的能量，所以在当时无法在实验上实现。2007年，G. A. Siviloglou和D. N. Christodoulides等人将这种无衍射波引入光学领域（参见论文《Observation of Accelerating Airy Beams》，Phys. Rev. Lett. Vol. 99,213901和《Accelerating finite energy Airy beams》，Optics Letters, Vol. 32, 979），对光束能量进行“截趾”，即将其能量约束为有限能量，并且在实验上实现了Airy光束的产生。由于Airy光束具有无衍射特性，并且在空间中传播时具有横向自由加速和自愈的特点，因此对于Airy光束的研究逐渐成为研究热点，并且对于Airy光束的研究也逐渐应用到其它领域，比如光镊和微粒操控，表面等离子体激元等。现有实验产生的Airy光束均为有限能量的无衍射光束，理论上是通过一个指数衰减项 来实现对光束能量“截趾”，其中是衰减因子。衰减因子的大小直接影响了Airy光束的传播特征以及在横向方向上的光强分布情况，是表征Airy光束的一个十分重要的参数，因此衰减因子的精确测量就显得至关重要。目前，对Airy光束衰减因子的精确测量还没有有效的方法，因此如何实现Airy光束衰减因子的精确测量是光学测试
面临的一个亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为：提供一种能够直接测量Airy光束衰减因子的装置和方法，以提高对于Airy光束性质和应用的把握。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种Airy光束衰减因子的测量装置，该测量装置包括He-Ne激光器、准直扩束器、分束器、反射式空间光调制器、凸透镜、CCD相机和计算机，所述的准直扩束器和分束器依次设置在He-Ne激光器所发出光束的直线光路上，所述的反射式空间光调制器和凸透镜分别设置在分束器的左右两侧，使经分束器所分出的反射光束能够照射在反射式空间光调制器上，并使反射式空间光调制器调解出的Airy光束能够垂直穿过凸透镜，所述的CCD相机布设在穿过凸透镜后的Airy光束的直线光路上，且CCD相机和反射式空间光调制器到凸透镜的垂直距离均为凸透镜的焦距，所述的反射式空间光调制器和CCD相机均与计算机连接。所述的分束器、反射式空间光调制器、凸透镜和CCD相机均设置在一条直线上。所述的反射式空间光调制器上加载有计算全息片。本专利技术所涉及的Airy光束衰减因子的测量方法为：包括调解出Airy光束的步骤；对Airy光束的光强分布图进行采集的步骤；利用计算机软件Matlab对光强分布图进行分析、记录的步骤；以及利用所记录的光强分布信息和坐标信息进行Airy光束的衰减因子计算的步骤；所述调解出Airy光束的步骤由He-Ne激光器将其发出的光束依次通过准直扩束器和分束器后，经分束器分出的反射光束再照射入反射式空间光调制器，经反射式空间光调制器调解产生Airy光束；所述对Airy光束的光强分布图进行采集的步骤包括将调解出的Airy光束穿过凸透镜后，通过在凸透镜的焦平面位置设置的CCD相机对Airy光束的光强分布进行影像记录后，传输给计算机得到，其中，CCD相机和反射式空间光调制器到凸透镜的垂直距离均为凸透镜的焦距；所述利用计算机软件Matlab对光强分布图进行分析、记录的步骤包括利用计算机软件Matlab对光强分布图中主光斑光强最大值位置和次级光斑光强最大值位置的坐标进行记录的操作；所述Airy光束的衰减因子计算的步骤由计算机借助Matlab软件通过以下公式计算得到：，其中，为Airy光束在x方向上主光斑光强最大值位置的位置坐标，为Airy光束在x方向上次级光斑光强最大值位置的位置坐标，为Airy光束的横向尺度因子，为Airy光束的衰减因子。本专利技术的测量原理为：在光学领域，傍轴近似下的波动方程为：........................(1)其中，为光场波失。根据傍轴方程（1），有限能量Airy光束的光场表达式为：...(2)其中，为Airy函数，为无量纲的横向坐标，为光束的横向尺度因子，表示归一化的传播距离，为Airy光束的衰减因子，为是虚部因子，在处，光场可以表示为............................(3)可以将光场写成.......................................(4)其中，，分别表示Airy光束在x和y方向上的光场。由此可以得到在x方向上Airy光束的光强分布，和在y方向上Airy光束的光强分布。Airy光束在x方向上主斑光强最大值位置为，次级斑光强最大值位置为，光强最大位置和可以表示为衰减因子和横向尺度因子的函数，即......................(5)利用公式(5)可以知道，只需要确定出Airy光束在位置的光强分布，确定出光强分布的位置坐标，就可以计算出Airy光束的衰减因子。本专利技术的有益效果：本专利技术的Airy光束衰减因子的测量装置所用组件普遍、基础，操作简单、方便，使光路具有简洁、快速、准确的特点。通过检测相应光强分布点的坐标，以及分析光强分布与Airy光束的衰减因子之间存在的直接对应关系来实现对Airy光束衰减因子和横向尺度因子的可靠测量。方法测量的实现过程中数据处理程序简单，结果真实可靠，对于光镊、微粒操控、表面等离子体激元等Airy光束的应用领域都具有重要意义，应用范围广。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术中Airy光束在位置的光强分布图；附图标记：1、He-Ne激光器，2、准直扩束器，3、分束器，4、反射式空间光调制器，5、凸透镜，6、CCD相机，7、计算机。具体实施方式下面结合附图说明本专利技术的具体实施方式：如图所示，本专利技术是利用Airy光束在横向截面上的光强分布特点及其规律来实现对衰减因子的精确测量的。具体就是首先将He-Ne激光器1发出的光束通过准直扩束镜2和分束镜3，照射到分束器3后的激光束被分为透射光束和反射光束，反射光束照射在已经加载计算全息片的反射式空间光调制器4上，空间光调制器4以反射方式解调出Airy光束；在Airy光束的光路上设置有一个凸透镜5和CCD相机6，解调出的Airy光束经过凸透镜5后进入CCD相机6，反射式空间光调制器4到凸透镜5的距离为凸透镜5的焦距，CCD相机6设置在凸透镜的焦平面位置，即凸透镜5到CCD相机6的距离也是凸透镜5的焦距，用于记录Airy光束的光强分布信息；记录的光强数据信息都由计算机7控制处理，通过分析Airy光束的光强信息来测量Airy光束的衰减因子。同时，也可以测量出Airy光束的横向尺度因子。如图2所示，它是Airy光束在位置的光强分布图。是横向x方向主斑光强最大的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Airy光束衰减因子的测量装置，其特征在于：该测量装置包括He‑Ne激光器（1）、准直扩束器（2）、分束器（3）、反射式空间光调制器（4）、凸透镜（5）、CCD相机（6）和计算机（7），所述的准直扩束器（2）和分束器（3）依次设置在He‑Ne激光器（1）所发出光束的直线光路上，所述的反射式空间光调制器（4）和凸透镜（5）分别设置在分束器（3）的左右两侧，使经分束器（3）所分出的反射光束能够照射在反射式空间光调制器（4）上，并使反射式空间光调制器（4）调解出的Airy光束能够垂直穿过凸透镜（5），所述的CCD相机（6）布设在穿过凸透镜（5）后的Airy光束的直线光路上，且CCD相机（6）和反射式空间光调制器（4）到凸透镜（5）的垂直距离均为凸透镜（5）的焦距，所述的反射式空间光调制器（4）和CCD相机（6）均与计算机（7）连接。
【技术特征摘要】
1.一种Airy光束衰减因子的测量装置，其特征在于：该测量装置包括He-Ne激光器（1）、准直扩束器（2）、分束器（3）、反射式空间光调制器（4）、凸透镜（5）、CCD相机（6）和计算机（7），所述的准直扩束器（2）和分束器（3）依次设置在He-Ne激光器（1）所发出光束的直线光路上，所述的反射式空间光调制器（4）和凸透镜（5）分别设置在分束器（3）的左右两侧，使经分束器（3）所分出的反射光束能够照射在反射式空间光调制器（4）上，并使反射式空间光调制器（4）调解出的Airy光束能够垂直穿过凸透镜（5），所述的CCD相机（6）布设在穿过凸透镜（5）后的Airy光束的直线光路上，且CCD相机（6）和反射式空间光调制器（4）到凸透镜（5）的垂直距离均为凸透镜（5）的焦距，所述的反射式空间光调制器（4）和CCD相机（6）均与计算机（7）连接。2.根据权利要求1所述的一种Airy光束衰减因子的测量装置，其特征在于：所述的分束器（3）、反射式空间光调制器（4）、凸透镜（5）和CCD相机（6）均设置在一条直线上。3.根据权利要求1所述的一种Airy光束衰减因子的测量装置，其特征在于：所述的反射式空间光调制器（4）上加载有计算全息片。4.利用权利要求1、2或3所述的测量装置进行Airy光束衰减因子测...
【专利技术属性】
技术研发人员：李贺贺，李新忠，王静鸽，张利平，尹传磊，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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