[发明专利]一种产生倍频Ince-Gaussian光束的方法

说明书

一种产生倍频Ince‑Gaussian光束的方法；基于非线性光学计算全息的理论，将IG光束的相位和振幅信息带入全息图的定义式中，用MATLAB编程做出携带有IG光束光场分布的全息图；采用无掩膜光刻的方法，将全息图转移到LN晶体薄膜上，在LN晶体薄膜中制备出全息图的畴结构:用电子束蒸发的方法在LN晶体薄膜表面镀一层金属Cr，剥离后形成极化所需的图案电极；用探针加压的方法实现畴结构的制备；将飞秒激光泵浦到畴结构LN晶体薄膜中，在远场一阶衍射处产生倍频IG光束。该方法同时实现了光束整形和频率转化的过程，具有集成化的优势。

技术领域

本发明涉及到非线性光学计算全息的理论、LN晶体薄膜畴结构的制备方法、以及产生倍频IG光束的实验装置。具体流程为：基于非线性光学计算全息理论设计出能够产生IG光束的全息图，通过探针加压的方法，在LN晶体薄膜中制备出全息图的畴结构，将飞秒激光泵浦到畴结构LN晶体薄膜中，在远场一阶衍射处产生倍频IG光束。

背景技术

众所周知，Hermite-Gaussian(HG)模式和Laguerre-Gaussian(LG)模式分别是自由空间近轴波动方程(PWE)在直角坐标系和圆柱坐标系上的准确正交解。2004年，Bandres等人推导出了PWE在椭圆坐标系下的准确正交解，即IG模式。近几年，由于这一系列模式的光束在微粒操纵和制备涡旋光束等方面的应用，人们对这三种光束的研究也越来越多。比如，Arie等人利用非线性光学全息的方法实现了HG和LG模式光束的产生，但没有实现IG光束的产生(参见：A.Shapira,A.Arie et al.“Nonlinear optical holograms for spatialand spectral shaping of light waves.”Sci Bull 60(16):1403–1415(2015))。IG光束是自由空间近轴波动方程(PWE)在椭圆坐标系下的准确正交解，其光场的横向分布利用因斯多项式来描述，横模图形多样，在生物医学、微粒操纵、光学通讯等领域具有广阔的应用前景。Ince-Gaussian模式是继Hermite-Gaussian和Laguerre-Gaussian模式之后的第3类近轴波动方程的完整解系,其横模图形多样,且螺旋Ince-Gaussian模式存在分离的涡旋结构；IG模式是LG模式和HG模式之间的连续过渡模式，所以研究IG光束的意义更大。产生IG光束的方法也有很多，比如，利用空间光调制器，但该方法只能实现IG光束的产生，无法同时实现频率转换。通过掩膜版的制备来产生IG光束也是可行的，但每一个掩膜版只能产生一种模式的IG光束，制备掩膜版的费用也较高，且这个过程也是无法同时实现光束整形和频率转换的。

发明内容：

本发明的目的是，提供一种产生倍频IG光束的方法。本发明基于非线性光学计算全息理论设计出携带IG光束信息的全息图，通过探针加压的方法制备LN晶体薄膜畴结构，将普通飞秒高斯光束聚焦到畴结构LN晶体薄膜表面，在远场一阶衍射处得到倍频IG光束。

本发明的技术方案如下：一种产生倍频Ince-Gaussian光束的方法，基于非线性光学计算全息的理论，将IG光束的相位和振幅信息带入全息图的定义式中，用MATLAB编程做出携带有IG光束光场分布的全息图；利用无掩膜光刻和探针加压的方法将全息图转移到LN晶体薄膜中；无掩膜光刻的方法，将全息图转移到LN晶体薄膜上，在LN晶体薄膜中制备出全息图的畴结构:用电子束蒸发的方法在LN晶体薄膜表面镀一层金属Cr，剥离后形成极化所需的图案电极；用探针加压的方法实现畴结构的制备；将飞秒激光泵浦到畴结构LN晶体薄膜中，在远场一阶衍射处产生倍频IG光束。