[发明专利]基于渐变折射率等离子体透镜产生空心光束的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体是一种基于渐变折射率等离子体透镜产生空心光束的装置及方法。

背景技术

空心光束是指在光束传播方向上中心光强较低或为零的环状光束。由于空心光束具有诸如桶状的强度分布，传输不变性等独特的物理性质，使之在激光光学、超分辨率荧光显微镜、微观粒子光学俘获、材料科学等方面具有广泛的应用前景。许多方法可以用来产生空心光束， 例如：轴锥透镜法、模式变换法、计算和光学全息法、相位板法等。此外，研究表明，可以把激光束耦合进中空光纤、光子晶体光纤或者多模光纤来产生空心光束。最近，美国的Optical Letters 杂志，Zhangrong Mei 的题为“Random sources generating ring-shaped beams”，2013，Vol. 38，No. 2，pp. 91-93，文章中公开了一种利用随机源来产生空心光束的新方法。但是，以上方法都是基于特定的光电器件，不能灵活的实时控制环形光束中黑斑的大小和形状。本发明基于泵浦-探测和渐变折射率等离子体透镜的原理，提出了一种新型的产生空心光束的装置以及产生方法，通过改变泵浦光的输入功率和聚焦形态，就可以方便快捷的实时控制环形光束中黑斑的大小和形状。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于渐变折射率等离子体透镜产生空心光束的装置及产生方法，能够方便快捷的实时控制环形光束中黑斑的大小和形状。

本发明所采用的技术方案是：一种基于渐变折射率等离子体透镜产生空心光束的装置，包括氦氖激光光源、超短脉冲光源、光学衰减片、空间光调制器、反射镜、二向色镜、非线性液体介质、遮光板、精密探测器。其特征在于，超短脉冲光源产生的超短脉冲作为泵浦光，氦氖激光光源产生的激光作为探测光。探测光依次经过第一反射镜、第一二向色镜、非线性液体介质、第二反射镜、第二二向色镜、第二光学衰减片到达精密探测器。泵浦光依次经过第一光学衰减片、空间光调制器、第一二向色镜、非线性液体介质、第二反射镜、第二二向色镜到达遮光板。

所述氦氖激光光源采用氦氖激光器。

所述超短脉冲光源采用钛宝石再生放大激光器。

所述光学衰减片为可调节金属膜中性密度渐变滤光片。

所述空间光调制器采用空间光强度调制器。

所述反射镜为前表面镀银反射镜。

所述二向色镜对波长为800nm的激光反射率99.9%，对波长为632nm的激光透射率99.9%。

所述非线性液体介质为二硫化碳。

所述遮光板为光学遮光板。

所述精密探测器为CCD Camera。

基于渐变折射率等离子体透镜产生空心光束的装置的产生空心光束的方法的具体步骤为：

1）调试泵浦光和探测光光路，使两光路共线射入非线性液体介质中；

2）调节第一光学衰减片，逐渐增大泵浦光入射功率直至能在精密探测仪器中观察到探测光光斑变成典型的环形结构，此时探测光即转变为空心光束；

3）调节泵浦光的入射功率，空心光束中的黑斑大小将会随泵浦光入射功率的增大而变大；通过设置空间光调制器改变泵浦光的空间强度分布，空心光束中的黑斑形状将会随之变化。

本发明的工作原理是：钛宝石再生放大激光器发出的飞秒脉冲，在非线性液体介质中传输时，将会产生一个等离子通道。由于飞秒激光具有高斯型的空间强度分布，将会导致等离子体中激光的强度分布为近高斯型。又由于等离子体的原子离化度与该处的光强成正比，因此等离子体中的电子密度分布为高斯型分布。所以等离子体通道中电子密度分布可以表示为：