一种生成有限能量一阶艾里导数光束的方法技术

本发明专利技术提出了一种生成有限能量一阶艾里导数光束的方法，属于光学研究技术领域，激光器产生基模高斯光束，并将所述基模高斯光束输入到第一空间光调制器中；第一空间光调制器对所述基模高斯光束进行优美厄米

【技术实现步骤摘要】
一种生成有限能量一阶艾里导数光束的方法


[0001]本专利技术涉及光学研究
，特别是涉及一种生成有限能量一阶艾里导数光束的方法。

技术介绍

[0002]光学变换是指将一种光束变换成另一种完全不同特性光束的过程，其中最著名的变换就是艾里变换；现阶段已分别实现了对用高斯光束叠加表征的光束、激光腔的高阶本征模式光束和特殊形态分布光束的艾里变换，最终得到的输出光束皆为混合光束，并且混合光束里包含了艾里光束和各阶艾里导数光束；而由于数学上的迭代关系，艾里函数的各阶导数可以表示为不同权重的艾里函数和一阶艾里导数函数之和。因此，上述进行艾里变换后所得到的混合光束中必定包含了艾里光束和一阶艾里导数光束，只是两者的占比不同而已。
[0003]光学研究人员对艾里光束特性的研究相当深入，艾里光束可以应用在光学微操控、等离子通道、光子弹、光学显微成像、激光微加工等场景中。一阶艾里导数光束可以应用但不限于上述范围，并且即使在同一应用场景中，一阶艾里导数光束的效能和效率也会有所提升。然而，由于一阶艾里导数光束没有单独生成过，使光学研究人员始终无法真正对其特性进行细致而深入的研究，也就无法进一步挖掘一阶艾里导数光束的用途。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种生成有限能量一阶艾里导数光束的方法，实现了一阶艾里导数光束的单独生成，为光学研究人员研究一阶艾里导数光束特性提供了基础，便于研究人员挖掘一阶艾里导数光束的特性及用途。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种生成有限能量一阶艾里导数光束的方法，应用于一阶艾里导数光束生成装置，所述一阶艾里导数光束生成装置包括：激光器、第一空间光调制器、过滤系统、艾里光学变换系统和光束轮廓分析仪；所述过滤系统包括4f光学系统和光阑；所述艾里光学变换系统包括第三凸透镜、第二空间光调制器和第四凸透镜；包括以下步骤：
[0007]激光器产生基模高斯光束，并将所述基模高斯光束输入到第一空间光调制器中；
[0008]第一空间光调制器对所述基模高斯光束进行优美厄米
‑
高斯转换，得到权重系数分别为4(τγ)
3/2
、2τ
3/2
、2γ
3/2
和1的四束优美厄米
‑
高斯光束，并将权重系数分别为4(τγ)
3/2
、2τ
3/2
、2γ
3/2
和1的所述四束优美厄米
‑
高斯光束输入到所述过滤系统中；其中和w0表示基模高斯光束的束腰尺寸，α和β表示所述第一空间光调制器上载的控制参数；
[0009]所述过滤系统对权重系数分别为4(τγ)
3/2
、2τ
3/2
、2γ
3/2
和1的所述四束优美厄米
‑
高斯光束进行滤光净化，滤除杂散光，并将优美厄米
‑
高斯叠加光源输入到所述艾里光学变换系统中；
[0010]所述艾里光学变换系统对所述优美厄米
‑
高斯叠加光源进行艾里光学变换，得到有限能量一阶艾里导数光束，并将所述有限能量一阶艾里导数光束输入到所述光束轮廓分析仪中；
[0011]光束轮廓分析仪对所述有限能量一阶艾里导数光束的光强分布进行记录。
[0012]可选地，在所述将所述基模高斯光束输入到第一空间光调制器之前，所述方法还包括：对所述基模高斯光束进行扩束。
[0013]可选地，所述第二空间光调制器上加载有立方相位信息，所述立方相位信息如下式所示：
[0014]ψ(x,y)＝(α3k3x3+β3k3y3)/(3f
33
)
‑
(2kf3+2kf4+π)
[0015]其中，k为波数，k＝2π/λ，λ为基模高斯光束的波长，f3和f4分别为所述第三凸透镜和所述第四凸透镜的焦距，α和β表示所述第二空间光调制器上载的控制参数，所述第二空间光调制器和所述第一空间光调制器上载的控制参数相同。
[0016]可选地，所述4f光学系统包括第一凸透镜和第二凸透镜，所述光阑设置在所述第一凸透镜和所述第二凸透镜之间。
[0017]可选地，所述优美厄米
‑
高斯叠加光源如下式所示：
[0018]E(x0,y0)＝4(τγ)
3/2
E
00
(x0,y0)+2τ
3/2
E
01
(x0,y0)+2γ
3/2
E
10
(x0,y0)+E
11
(x0,y0)
[0019]其中，E
nm
(x0,y0)表示优美厄米
‑
高斯光束的nm模，如下式所示：
[0020][0021]其中，x0和y0分别表示所述优美厄米
‑
高斯叠加光源在输入平面上的两个横向坐标，H
n
和H
m
分别表示n阶和m阶厄米多项式，n和m分别表示x0和 y0方向上的横向模数。
[0022]可选地，所述艾里光学变换系统对所述优美厄米
‑
高斯叠加光源进行艾里光学变换，得到有限能量一阶艾里导数光束，具体包括：
[0023]艾里光学变换系统按照以下公式对所述优美厄米
‑
高斯叠加光源进行艾里光学变换：
[0024][0025]其中，E(x)为有限能量一阶艾里导数光束在x方向上的光场，E(y)为有限能量一阶艾里导数光束在y方向上的光场，Ai(
·
)表示艾里函数，x和y分别表示输出平面上的两个横向坐标，α和β表示所述第二空间光调制器上载的控制参数，所述第二空间光调制器和所述第一空间光调制器上载的控制参数相同，α和β又称之为艾里变换光学系统两个横向上的艾里控制参数。
[0026]可选地，所述有限能量一阶艾里导数光束在x方向上的光场解析式如下式所示：
[0027][0028]其中，x1＝(x+ατ2)/α，Ai
′
(
·
)为一阶艾里导数。
[0029]可选地，所述有限能量一阶艾里导数光束在y方向上的光场解析式如下式所示：
[0030][0031]其中，y1＝(y+βγ2)/β，Ai
′
(
·
)为一阶艾里导数。
[0032]可选地，所述有限能量一阶艾里导数光束的光场解析式如下式所示：
[0033][0034]其中，x1＝(x+ατ2)/α，y1＝(y+βγ2)/β，Ai
′
(
·
)为一阶艾里导数。
[0035]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0036]本专利技术提供的一种生成有限能量一阶艾里导数光束的方法，包括以下步骤：激光器产生基模高斯光束，并将所述基模高斯光束输入到第一空间光调制器中；第一空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生成有限能量一阶艾里导数光束的方法，应用于一阶艾里导数光束生成装置，所述一阶艾里导数光束生成装置包括：激光器、第一空间光调制器、过滤系统、艾里光学变换系统和光束轮廓分析仪；所述过滤系统包括4f光学系统和光阑，所述艾里光学变换系统包括第三凸透镜、第二空间光调制器和第四凸透镜；其特征在于，所述方法包括以下步骤：激光器产生基模高斯光束，并将所述基模高斯光束输入到第一空间光调制器中；第一空间光调制器对所述基模高斯光束进行优美厄米
‑
高斯转换，得到权重系数分别为4(τγ)
3/2
、2τ
3/2
、2γ
3/2
和1的四束优美厄米
‑
高斯光束，并将权重系数分别为4(τγ)
3/2
、2τ
3/2
、2γ
3/2
和1的所述四束优美厄米
‑
高斯光束输入到过滤系统中；其中和w0表示基模高斯光束的束腰尺寸，α和β表示所述第一空间光调制器上载的控制参数；所述过滤系统对权重系数分别为4(τγ)
3/2
、2τ
3/2
、2γ
3/2
和1的所述四束优美厄米
‑
高斯光束进行光束滤光净化，滤除杂散光，并将优美厄米
‑
高斯叠加光源输入到艾里光学变换系统中；所述艾里光学变换系统对所述优美厄米
‑
高斯叠加光源进行艾里光学变换，得到有限能量一阶艾里导数光束，并将所述有限能量一阶艾里导数光束输入到所述光束轮廓分析仪中；光束轮廓分析仪对所述有限能量一阶艾里导数光束的光强分布进行记录。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将所述基模高斯光束输入到第一空间光调制器中之前，所述方法还包括：对所述基模高斯光束进行扩束。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述4f系统包括第一凸透镜和第二凸透镜，所述光阑位于所述第一凸透镜和所述第二凸透镜之间。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二空间光调制器上加载有立方相位信息，所述立方相位信息如下式所示：其中，k为波数，k＝2π/λ，λ为基模高斯光束的波长，f3和f4分别为所述第三凸透镜和所述第四凸透镜的焦距，α和β表示所述第二空间光调制器上载的控制参数，所述第二空间光调制器和所述第一空间光调制器上载的控制参数相同。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐一清，臧翔，周益民，但汶松，周国泉，
申请(专利权)人：浙江农林大学，
类型：发明
国别省市：