一种基于交叉相位调制的贝塞尔光束的获得方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于交叉相位调制的贝塞尔光束的获得方法及装置：步骤1，将调制激光束聚焦于非线性介质中；步骤2，将被调制激光束反向共线入射于同一非线性介质后，使其进入成像装置；步骤3，调节调制激光束的光强直至位于远场的成像装置上出现明显的中心亮斑和同心圆环图样；步骤4，调整聚焦透镜的焦距或非线性介质的位置即得中心亮斑尺寸不同的贝塞尔光束。本发明专利技术的方法具有结构简单、操作容易、中心亮斑尺寸可控的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于非线性光学范畴，具体涉及一种基于交叉相位调制的贝塞尔光束的获得方法及装置。
技术介绍
在光学领域中，贝塞尔光束是指横向振幅分布满足贝塞尔函数的光束，其横向光强分布表现为一个中心亮斑和一系列同心圆环。真正的贝塞尔光束不会发生衍射，即在其传播过程中可以保持其横向光强分布，遇到障碍物后也会恢复其横向光强分布。正是因为贝塞尔光束的这种独特的光强分布和传播特性使得其在激光精细加工、光学成像、粒子操控、微缩平板印刷、非线性光学等领域有着非常重要的应用价值。目前，能够实现贝塞尔光束的方法主要是几何光学法、空间光调制法、声子梯度法。然而这些方法均有各自的缺陷，几何光学法的光学畸变较大，且中心亮斑不可调；空间光调制器制作工艺复杂，价格昂贵；声子梯度透镜的结构复杂。
技术实现思路
针对现有技术产生贝塞尔光束时光学畸变较大且中心亮斑不可调和空间光调制器制作工艺复杂，价格昂贵；声子梯度透镜的结构复杂的问题，本专利技术的目的在于，提供一种基于交叉相位调制的贝塞尔光束获得方法。为了实现上述目的，本专利技术的采用如下技术方案予以实现：一种基于交叉相位调制的获得贝塞尔光束的装置，包括聚焦透镜、第一半波片和第二半波片，其特征在于，还包括第一偏分光立方体、第二偏分光立方体、非线性介质和成像装置，聚焦透镜、第一半波片、第一偏振分光立方体、非线性介质和第二偏振分光立方体依次设置在同一光路上，成像装置设置在第一偏振分光立方体的正下方，第二半波片设置在第二偏振分光立方体的正上方。成像装置选自CCD或CMOS器件。非线性介质选自能够产生Kerr效应的非线性介质；所述能够产生Kerr效应的非线性介质，选自非线性折射率在10-16cm2/W数量级以上的有机物、铅玻璃或原子蒸汽。一种基于权利要求1所述装置的贝塞尔光束的获得方法，该方法包括如下步骤：步骤1，获取一束调制激光束并将其依次入射于聚焦透镜、第一半波片、第一偏分光立方体后聚焦于非线性介质中，标记出调制激光束的腰斑位置；步骤2，获取另一束被调制激光束，将其入射于第二半波片，经第二偏分光体后入射于步骤1中所述的非线性介质中，再经第一偏分光立方体后进入成像装置；步骤3，调节调制激光束的光强使得位于远场的成像装置上出现中心亮斑和同心圆环图样；步骤4，在步骤3上的基础上，调整聚焦透镜的焦距或非线性介质与调制激光束腰斑位置之间的距离，得到中心亮斑尺寸不同的贝塞尔光束。在步骤3上的基础上，调整聚焦透镜的焦距或非线性介质与调制激光束腰斑位置之间的距离，得到中心亮斑尺寸不同的贝塞尔光束具体包括：将被调制激光束进入非线性介质时的端面为入射端面，被调制激光束出射非线性介质时的端面为出射端面，调整聚焦透镜的焦距或出射端面与调制光束的腰斑位置之间的距离得到中心亮斑尺寸不同的贝塞尔光束。调制激光束和被调制激光束的波长相等或相差在10×10-4nm以内。本专利技术基于交叉相位调制，将一束激光聚焦于非线性吸收介质中，由于Kerr效应，介质的折射率发生了非线性调制，这使得通过其中的另外一束激光束发生了非线性相移，使其在远场的横向强度分布发生了改变，得到由中心亮斑和同心圆组成的贝塞尔光束。本专利技术的方法实现简单，降低了操作难度，且采用的实验装置简单，也节约了成本；同时，调整聚焦透镜的焦距或非线性介质与调制激光束腰斑位置之间的距离，得到的贝塞尔光束的中心亮斑尺寸可控。附图说明图1是本专利技术的光路示意图；图2(a)表示所得贝塞尔光束的光斑图样，图2(b)表示光斑的横向光强分布和贝塞尔函数拟合图；图3(a)、(b)、(c)分别表示聚焦透镜焦距为500mm,、300mm和150mm时所得的贝塞尔光束的光斑示意图；其中，1、聚焦透镜；2、第一半波片；3、第一偏振分光立方体；4、非线性介质；5、第二半波片；6、第二偏振分光立方体；7、成像装置；8、调制激光束；9、被调制激光束。下面结合附图对本专利技术做进一步描述。具体实施方式一种基于交叉相位调制的获得贝塞尔光束的装置，包括聚焦透镜、第一半波片和第二半波片，还包括第一偏分光立方体、第二偏分光立方体、非线性介质和成像装置，所述的聚焦透镜、第一半波片、第一偏振分光立方体、非线性介质和第二偏振分光立方体依次设置在同一光路上，成像装置设置在第一偏振分光立方体的正下方，的第二半波片设置在第二偏振分光立方体的正上方。其中，成像装置是指能够成像的器件，包括CCD、CMOS器件。其中，非线性介质是指能够产生Kerr效应的非线性介质；所述能够产生Kerr效应的非线性吸收介质，包括非线性折射率在10-16cm2/W数量级以上的有机物、铅玻璃、原子蒸汽。一种基于权利要求1所述装置的贝塞尔光束的获得方法，该方法包括如下步骤：步骤1，获取一束调制激光束并将其依次入射于聚焦透镜、第一半波片、第一偏分光立方体后聚焦于非线性介质中，标记出调制激光束的腰斑位置；步骤2，获取另一束被调制激光束，将其入射于第二半波片，经第二偏分光体反射后入射于步骤1中所述的非线性介质中，再经第一偏分光立方体后进入成像装置；根据Kerr效应，得到被调制激光束经过非线性介质后发生的非线性附加相移Δφ(r)，根据菲涅尔-基尔霍夫衍射公式得到被调制激光束在远场的衍射光强分布I；步骤3，根据步骤2所述的非线性附加相移Δφ(r)，调节调制激光束的光强使得位于远场的成像装置上出现中心亮斑和同心圆环图样；步骤4，在步骤3上的基础上，根据被调制激光束在远场的衍射光强分布I，调整聚焦透镜的焦距或非线性介质与调制激光束腰斑位置之间的距离，得到中心亮斑尺寸不同的贝塞尔光束。在步骤3上的基础上，根据被调制激光束在远场的衍射光强分布I，调整聚焦透镜的焦距或非线性介质与调制激光束腰斑位置之间的距离，得到中心亮斑尺寸不同的贝塞尔光束具体是指：将被调制激光束进入非线性介质时的端面为入射端面，被调制激光束出射非线性介质时的端面为出射端面，调整聚焦透镜的焦距或出射端面与调制光束的腰斑位置之间的距离得到中心亮斑尺寸不同的贝塞尔光束。非线性介质是指能够产生Kerr效应的非线性介质；所述的非线性附加相移Δφ(r)，表示为：设调制光束经过聚焦透镜聚焦后的腰斑位置设为坐标原点；设被调制光束在非线性介质内的传播方向为z轴；设被调制光束入射非线性介质时的端面为入射端面，出射非线性介质时的端面为出射端面，则z0为入射端面的位置，其中n2为介质的非线性折射率系数，I2(r,z)为调制激光束的光强，k为波矢，r为同心圆环图样的径向坐标，L为非线性介质光路的长度。能够产生Kerr效应的非线性吸收介质，选自非线性折射率在10-16cm2/W数量级以上的有机物、铅玻璃、原子蒸汽。其中，被调制光束在远场的衍射光强分布表示为：式中，D表示非线性介质4出射端面与位于远场的成像装置7之间的直线距离，λ为被调制激光束的波长，R(z0)为被调制激光束在介质入射端面的波前曲率半径，k为波矢，r为同心圆环图样的径向坐标，θ和分别表示远场衍射角和出射端面的角坐标，E(r,z0+L)为被调制光束在出射端面的光电场强度，i为虚数单位。调制激光束和被调制激光束的波长相等或相差在10×10-4nm以内。本专利技术的原理如下：根据交叉相位调制和Kerr效应的理论，调制光束会使得被调制光束产生非线性附加相移Δφ(r)，表示为：其中n2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于交叉相位调制的获得贝塞尔光束的装置，包括聚焦透镜、第一半波片和第二半波片，其特征在于，还包括第一偏分光立方体、第二偏分光立方体、非线性介质和成像装置，所述的聚焦透镜、第一半波片、第一偏振分光立方体、非线性介质和第二偏振分光立方体依次设置在同一光路上，所述的成像装置设置在第一偏振分光立方体的正下方，所述的第二半波片设置在第二偏振分光立方体的正上方。

【技术特征摘要】
1.一种基于交叉相位调制的获得贝塞尔光束的装置，包括聚焦透镜、第一半波片和第二半波片，其特征在于，还包括第一偏分光立方体、第二偏分光立方体、非线性介质和成像装置，所述的聚焦透镜、第一半波片、第一偏振分光立方体、非线性介质和第二偏振分光立方体依次设置在同一光路上，所述的成像装置设置在第一偏振分光立方体的正下方，所述的第二半波片设置在第二偏振分光立方体的正上方。2.如权利要求1所述的基于交叉相位调制的获得贝塞尔光束的装置，其特征在于，所述成像装置选自CCD或CMOS器件。3.如权利要求1所述的基于交叉相位调制的获得贝塞尔光束的装置，其特征在于，所述非线性介质是指选自能够产生Kerr效应的非线性介质；所述能够产生Kerr效应的非线性介质，选自非线性折射率在10-16cm2/W数量级以上的有机物、铅玻璃或原子蒸汽。4.一种基于权利要求1所述装置的贝塞尔光束的获得方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1，获取一束调制激光束并将其依次入射于聚焦透镜、第一半波片、第一偏分光立方体后聚焦于非线性介质中，标记出...

【专利技术属性】
技术研发人员：程雪梅，陈浩伟，任兆玉，张倩，白晋涛，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61