CN114047635A - 一种可产生不同形态贝塞尔光束的沟槽辅助型光纤 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及沟槽辅助型光纤技术领域，具体涉及一种可产生不同形态贝塞尔光束的沟槽辅助型光纤，该沟槽辅助型光纤结构，主要有一个环形低折射率沟槽、高折射率环和光纤包层包围一个纤芯组成；本发明可以稳定高效的在可见光波段产生不同形态的贝塞尔光束，并且避免了激光准直过程；并且可以通过调整光纤横截面结构，来改变所产生贝塞尔光束的形状。
Description
技术领域
本发明涉及沟槽辅助型光纤技术领域，具体涉及一种可产生不同形态贝塞尔光束的沟槽辅助型光纤。
背景技术
由于光的衍射，光在自由空间传播过程中会偏离直线传播的路径，造成能量的损耗以及聚焦精准度的降低。自1987年美国的Durnin等首次求解出有关于在圆柱坐标系下自由空间标量波动方程的特殊解，即贝塞尔光束。贝塞尔光束的出现解决了光衍射造成的问题，因其具有无衍射特性和自重构特性，使得它在一些精密的光学检测和操作上大放光彩。
世界各国的科学家们提出了多种产生贝塞尔光束的方法，包括环缝-透镜法、计算机全息法、谐振腔法等，不过仍然存在着能量转换效率低、***稳定性差、占用空间大等问题。
发明内容
本发明目的是通过产生不同形态贝塞尔光束的沟槽辅助型光纤，在纤芯周围设置低折射率或高折射率沟槽，对光纤中的模场进行空间调制，从而实现对光场模式的多样化定制；并解决能量转换效率低、***稳定性差、占用空间大等问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种可产生不同形态贝塞尔光束的沟槽辅助型光纤，该沟槽辅助型光纤结构，主要有一个环形低折射率沟槽、高折射率环和光纤包层包围一个纤芯组成。
本发明技术方案的进一步改进在于：纤芯和高折射率环的折射率n为1.4457。
本发明技术方案的进一步改进在于：环形低折射率沟槽和光纤包层的折射率n为1.4378。
本发明技术方案的进一步改进在于：该光纤在400nm～2500nm的波长范围内可产生不同形态的贝塞尔光束。
本发明技术方案的进一步改进在于：该光纤半径分别为2.7µm～2.8µm、4.5µm～5.0µm、8.3µm～9.0µm、12.5µm～62.5µm、13µm～75µm产生不同形态的贝塞尔光束。
与现有技术相比，本发明提供的一种可产生不同形态贝塞尔光束的沟槽辅助型光纤有益效果如下：
1、本发明提供一种可产生不同形态贝塞尔光束的沟槽辅助型光纤，该沟槽辅助型光纤，可产生零阶贝塞尔光束和不同形态的高阶贝塞尔光束；同时避免激光准直过程，提高了***的稳定性；并且全光纤***提高了贝塞尔光束的能量转换效率。
2、本发明提供一种可产生不同形态贝塞尔光束的沟槽辅助型光纤，该沟槽辅助型光纤, 结构简单，易于制作;能够在可见光波段产生贝塞尔光束，且可调节贝塞尔光束的形态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1光纤横截面示意图。
图2为本发明实施例1利用800nm的fs激光器产生贝塞尔光束的光路图。
图3为本发明实施例1光纤中贝塞尔光束随波长的空间域演化示意图。
图4为本发明实施例3光纤波长从400nm到2500nm时，模场各部分能量占比图。
图5为本发明实施例3改变纤芯尺寸时，波长450-1050nm处贝塞尔光束模场各部分能量占比图。
图6为图5中c1分别为2.7µm、2.75µm、2.8µm时纤芯能量占比图。
图7为图5中c1分别为2.7µm、2.75µm、2.8µm时c3的能量占比图。
图8为图5中c1分别为2.7µm、2.75µm、2.8µm时c2的能量占比图。
图9为本发明实施例3中改变c2尺寸时，波长450-1050nm处贝塞尔光束模场各部分能量占比图。
图10为图9中c2分别为4.5µm、4.6µm、5.0µm时纤芯能量占比图。
图11为图9中c2分别为4.5µm、4.6µm、5.0µm时c3能量占比图。
图12为图9中c2分别为4.5µm、4.6µm、5.0µm时c2能量占比图。
图13为本发明实施例3改变c3尺寸时，波长450-1050nm处贝塞尔光束模场各部分能量占比图。
图14为图13中c3分别为8.3µm、8.7µm、9.0µm时纤芯能量占比图。
图15为图13中c3分别为8.3µm、8.7µm、9.0µm时c3能量占比图。
图16为图13中c3分别为8.3µm、8.7µm、9.0µm时c2能量占比图。
具体实施方式
下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的沟槽辅助型光纤的主要结构，是由一个圆形纤芯c1和包围着纤芯的两个圆环c2和c3以及光纤包层c4组成；其中纤芯和圆环c3的折射率为n1=1.4457，圆环c2和包层c4的折射率为n2=1.4378；该光纤在400nm～2500nm的波长范围内可产生不同形态的贝塞尔光束；该光纤半径分别为2.7µm～2.8µm、4.5µm～5.0µm、8.3µm～9.0µm、12.5µm～62.5µm、13µm～75µm产生不同形态的贝塞尔光束。
实施例1
如图1所示，本实施例中的光纤横截面图中，该光纤主要由一个纤芯和包围纤芯的两个环以及包层组成；光纤横截面的结构参数设置为c1=2.75µm，c2=5.0µm，c3=8.5µm，c4=12.5µm，c5=13µm；当折射率n1=1.4457,n2=1.4378；c1、c2、c3、c4、c5分别是从里到外圆的半径。
实施例2
如图2所示，本实施例是利用800nm的fs激光器在宽谱范围内产生贝塞尔光束的光路图，其中，OL为显微物镜，本实施例意在简单列举该光纤在实际中的应用，并不局限用于图2的光路图中。在实际应用中，可以改变激光器的波长，也可以对该光路的具体光学仪器进行调整，以输出性能更优良的成果。
实施例3
如图3所示，本实施例中的光纤内贝塞尔光束随波长的空间域演化中，可以看到产生的贝塞尔光束，它的光强分布于中央主极大的圆环系列中，且最中央的圆环能量最强，符合零阶贝塞尔光束，本发明产生的零阶环形贝塞尔光束。此外，在光纤截面结构不变的条件下，随着波长的增大，纤芯处的能量增高，形成高阶贝塞尔光束。
实施例4
如图4所示，在实施例3的光纤内，波长从400nm到2500nm时，所产生贝塞尔光束模场各部分能量占比情况，CER为纤芯能量占比，C3ER为高折射率环c3的能量占比，C2ER为低折射率环c2的能量占比。从图中可以发现纤芯和低折射率环c2的能量占比随波长的增大而升高，前期的曲线上升猛烈，后期上升趋缓，而高折射率环c3的能量占比随波长的演化情况正好与之相反。
实施例5
如图5、6、7、8所示，在实施例3中光纤结构，改变其纤芯尺寸，波长从450nm到1050nm时，所产生贝塞尔光束模场各部分能量占比情况，纤芯半径c1分别为2.7µm、2.75µm、2.8µm时，图5、6、7、8分别为总图、纤芯能量占比图、高折射率环c3能量占比图以及形低折射率环c2能量占比图（F、G、H对应c1为2.7µm，N、O、P对应c1为2.75µm，V、W、X对应c1为2.8µm）。通过对比，可以看出，随着纤芯半径的增大，纤芯中的能量占比增强，低折射率环c2能量占比增强，高折射率环c3能量占比降低。
实施例6
如图9、10、11、12所示，本实施例与实施例5基本相同，不同之处在于c1、c3不变，c2的大小改变为4.5µm、4.6µm、5.0µm时图9、10、11、12所对应总对比图、纤芯能量占比图、高折射率环c3能量占比图以及低折射率环c2能量占比图（F、G、H对应c2为4.5µm，N、O、P对应c2为4.6µm，V、W、X对应c2为5.0µm）。总的趋势和实施例5基本相同，其中因为4.5µm和4.6µm改变量太小，两条曲线基本重合。
实施例7
如图13、14、15、16所示，本实施例与实施例5基本相同，不同之处在于c1、c2不变，c3的大小改变为8.3µm、8.7µm、9.0µm时图13、14、15、16所对应总对比图、纤芯能量占比图、高折射率环c3能量占比图以及低折射率环c2能量占比图（F、G、H对应c3为8.3µm，N、O、P对应c3为8.7µm，V、W、X对应c3为9.0µm）。可以看到它的趋势和实施例5基本相反。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明装置权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种可产生不同形态贝塞尔光束的沟槽辅助型光纤，其特征在于：该沟槽辅助型光纤结构，主要有一个环形低折射率沟槽、高折射率环和光纤包层包围一个纤芯组成。
2.根据权利要求1所述一种可产生不同形态贝塞尔光束的沟槽辅助型光纤，其特征在于：纤芯和高折射率环的折射率n为1.4457。
3.根据权利要求1所述一种可产生不同形态贝塞尔光束的沟槽辅助型光纤，其特征在于：环形低折射率沟槽和光纤包层的折射率n为1.4378。
4.根据权利要求1所述一种可产生不同形态贝塞尔光束的沟槽辅助型光纤，其特征在于：该光纤在400nm～2500nm的波长范围内可产生不同形态的贝塞尔光束。
5.根据权利要求1所述一种可产生不同形态贝塞尔光束的沟槽辅助型光纤，其特征在于：该光纤半径分别为2.7µm～2.8µm、4.5µm～5.0µm、8.3µm～9.0µm、12.5µm～62.5µm、13µm～75µm产生不同形态的贝塞尔光束。
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