[发明专利]新型数字化艾里类光束的产生与调控装置及方法

说明书

本发明提供一种新型数字化艾里类光束的产生与调控装置及方法，该装置包括：光源、第一反射系统、薄透镜系统（第一薄透镜及第二薄透镜）、相位调制系统（第一空间光调制器及第二空间光调制器）、第二反射系统及观测系统；光源用于产生圆偏振激光，圆偏振激光依次经过第一反射系统、第一薄透镜、第一空间光调制器、第二薄透镜、第二空间光调制器及第二反射系统后生成艾里类光束；第一反射系统和第二反射系统用于对其入射光进行校准，第一薄透镜用于对其入射光进行傅里叶逆变换，第二薄透镜用于对其入射光进行傅里叶变换，第一空间光调制器与第二空间光调制器分别用于对入射光波进行立方相位调制，观测系统用于捕获产生的艾里类光束的强度分布。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种新型数字化艾里类光束的产生与调控装置及方法。

背景技术

艾里光束作为一种具有特殊的相位结构和偏振态的空间结构光场，在一定的传输距离内可以实现近似的无衍射和衰减，它具有三大特性，即无衍射，自加速和自修复。无衍射特性决定了艾里可以携带巨大的能量。自加速是指在自由空间中传输时，不同于一般光束沿着直线传播的特性，而是拥有抛物线的弹道轨迹。自修复，是指艾里光束在传播过程中，截面方向被遮挡一部分光束，剩余部分的艾里光束在经过一定距离的传输后，又恢复为在截面遮挡位置处的光强分布。艾里光束的这些特性使其可以携带大量数据，并进行快速准确地传递，并在传输过程中绕过一些普通光束无法穿透的障碍物，实现短距离的高质量传输。迄今为止，艾里光束的独特特性已被广泛应用在诸多领域，包括光学粒子清除、弯曲等离子体通道、时空光子弹、激光微处理和超分辨率成像等，推动无衍射、自加速光的研究成为一项前沿课题。

现有的艾里光束的产生方法主要是基于空间光调制器在全相位模式中产生艾里光束。理论上分析，将数值模拟的透镜相分布以及立方相分布直接加载到空间光调制器上，由包含两个偏振片之间的透射组成的系统可以创建具有负值的传输函数，观察结果就有可能在传输函数需要负值的情况下用于其他各种波前调制，从而在透镜的焦平面处产生艾里光束。艾里光束的调控与测量主要是基于多坐标变换技术，为艾里光束的不同组成光束建立了额外的坐标系，实现了复合光场的拆解。然后依次对一维艾里光束、二维艾里光束进行了极坐标系、直角坐标系和椭圆坐标系之间的变换，实现了艾里光束横向和纵向旁瓣的调控。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种新型数字化艾里类光束的产生与调控装置及方法，以至少解决上述相关技术中的不足。

本发明提出一种新型数字化艾里类光束的产生与调控装置，包括光源、第一反射系统、薄透镜系统、相位调制系统、第二反射系统以及观测系统；

所述薄透镜系统包括第一薄透镜以及第二薄透镜，所述相位调制系统包括第一空间光调制器以及第二空间光调制器，所述光源用于产生圆偏振激光，所述圆偏振激光依次经过所述第一反射系统、所述第一薄透镜、所述第一空间光调制器、所述第二薄透镜、所述第二空间光调制器以及所述第二反射系统后生成艾里类光束；

其中，所述第一反射系统和所述第二反射系统用于对其入射光进行校准，所述第一薄透镜用于对其入射光进行傅里叶逆变换，所述第二薄透镜用于对其入射光进行傅里叶变换，所述第一空间光调制器与所述第二空间光调制器分别用于对入射光波进行立方相位调制，所述观测系统用于捕获所产生的所述艾里类光束的强度分布。

进一步的，在所述光源与所述第一反射系统之间设有光束扩展器，所述光束扩展器用于对所述光源所产生的圆偏振激光进行扩束与准直。

进一步的，在所述第二反射系统与所述第三空间光调制器之间设有分束器，所述相位调制系统还包括第三空间光调制器，所述分束器用于将激光束分成第一光波与第二光波，所述第三空间光调制器用于对所述第一光波进行频谱分析，并将所述分析结果输出至所述观测系统，所述观测系统用于捕捉所述第二光波。

进一步的，所述第一空间光调制器与所述光束扩展器以及所述第一薄透镜和所述第二薄透镜之间均设有圆形孔径，所述圆形孔径用于调节其入射光的能量分布。