CN214201971U - 一种控制啁啾皮尔斯高斯涡旋光束聚焦深度和强度的*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种控制啁啾皮尔斯高斯涡旋光束聚焦深度和强度的***，包括：分体式氦氖激光器，用于发射高斯光束；半波片和偏振分束立方，用于控制高斯光束的功率；扩束准直***，用于使入射光束的光强均匀分布；非偏振分束立方，用于分束光束并产生干涉；液晶空间光调制器，其加载有特定的掩模板，用于对入射光束进行调制，变换入射光束波前；傅里叶透镜，用于对光束进行傅里叶变换调制；反射镜，用于改变光束的传输方向；可调光阑，用于选取像方焦平面上的正一级干涉条纹；CMOS摄像机，用于观察在传输距离范围内的光束；抛物势介质，用于提供光束传输所需的外部环境。本实用新型节省成本，能够很好地控制光束的聚焦深度和强度。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学技术领域，具体涉及一种控制啁啾皮尔斯高斯涡旋光束聚焦深度和强度的***。
背景技术
在2012年，皮尔斯光束第一次在理论上建立模型并通过实验产生。从那时起，皮尔斯光束成为人们关注的焦点。皮尔斯光束是一种定义在无穷大空间，具有自愈合以及自聚焦等出色传输特性的结构不变光束。在自由空间中传输时，皮尔斯光束会在横向上发生不同尺度的缩放。与此同时，由皮尔斯光束衍生出的新颖光束陆续被学者们提出，比如圆皮尔斯光束、奇对称皮尔斯光束等。此类光束既保留了皮尔斯光束原有的优良特性，又表现出更有趣的传输特性。这一系列研究成果吸引了学者们在皮尔斯光束领域深入探索。
作为操纵光束的有效工具，光子势由介质的折射率分布情况所决定，可通过选择特定的介质来形成特定的光子势，为了更清晰形象地描述光子势的作用，可将其理解为光束在传输过程中所受到的拉伸力或挤压力的来源。其中，抛物势是光子势的一种模式，对光束的传输特性会产生多种影响，例如改变传输趋势、调节聚焦深度和强度等。
实际上，可控的聚焦深度和强度会使光束聚焦在微粒操纵、激光跟踪等领域更具应用潜力。因此,光束聚焦深度和强度的控制***对于激光技术的应用和发展意义十分重大。
发明内容
有鉴于此，为了有利于光束的聚焦深度以及强度可控化的发展和应用，本实用新型提出一种控制啁啾皮尔斯高斯涡旋光束聚焦深度和强度的***。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
本实用新型提出一种控制啁啾皮尔斯高斯涡旋光束聚焦深度和强度的***，包括：
分体式氦氖激光器，用于发射高斯光束；
半波片和偏振分束立方，用于控制高斯光束的功率；
扩束准直***，用于使入射光束的光强均匀分布，使光束的质量更好；
非偏振分束立方，用于分束光束并产生干涉；
液晶空间光调制器，其加载有特定的掩模板，掩模板包括啁啾皮尔斯高斯涡旋光束的初始光场平面的傅里叶变换图，用于对入射光束进行调制，灵活敏捷地变换入射光束波前；
第一傅里叶透镜，用于对光束进行傅里叶变换调制；
可调光阑，用于在第一傅里叶透镜的像方焦平面上选取正一级干涉条纹；
第二傅里叶透镜，用于对光束进行又一次的傅里叶变换调制，提取出远场上正一级干涉条纹所携带的啁啾皮尔斯高斯涡旋光束信息；
第三傅里叶透镜，用于对光束进行再一次的傅里叶变换调制，获得啁啾皮尔斯高斯涡旋光束的初始光场；
抛物势介质，用于提供光束传输所需的外部环境；光束在抛物势介质中周期性传输，光束的聚焦深度和强度能够通过改变液晶空间光调制器上的傅里叶变换图所携带的啁啾因子信息和抛物势介质的折射率分布情况进行控制；
CMOS摄像机，用于观察在传输距离范围内的光束。
进一步地，所述控制啁啾皮尔斯高斯涡旋光束聚焦深度和强度的***还包括第一反射镜，位于第二傅里叶透镜和第三傅里叶透镜之间，用于改变光束的传输方向，使从第二傅里叶透镜出来的光束传输至第三傅里叶透镜。
进一步地，所述控制啁啾皮尔斯高斯涡旋光束聚焦深度和强度的***还包括第二反射镜，位于第三傅里叶透镜和抛物势介质之间，用于改变光束的传输方向，使从第三傅里叶透镜出来的光束传输至抛物势介质。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果至少包括：
本实用新型采用液晶空间光调制器和空间傅里叶变换相结合的方法来产生啁啾皮尔斯高斯涡旋光束，该方法具有造价低，***简单，操作方便等优点，并且入射光的衍射损耗不高，输出功率较大，节省成本，提高了效率，能够很好地控制光束的聚焦深度和强度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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是本实用新型控制啁啾皮尔斯高斯涡旋光束聚焦深度和强度的***装置图；
图2是本实用新型中提供的啁啾皮尔斯高斯涡旋光束的傅里叶变换图；
图3是本实用新型中啁啾皮尔斯高斯涡旋光束在不同啁啾因子β和Ω＝2/m 条件下的传输图；(a1)-(a3)傅立叶变换平面的横向光强图；(b1)-(b3)传输侧视图；(c1)-(c3)自聚焦平面的横向光强图；(d)强度峰值曲线。
图4是本实用新型中啁啾皮尔斯高斯涡旋光束在不同抛物势系数Ω和β＝1 的条件下的传输图；(a1)-(a3)傅立叶变换平面的横向光强图；(b1)-(b3)传输侧视图；(c1)-(c3)自聚焦平面的横向光强图；(d)强度峰值曲线；(e)质心移动曲线。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
如图1-4所示，本实用新型提供一种控制啁啾皮尔斯高斯涡旋光束聚焦深度和强度的***，包括分体式氦氖激光器、半波片、偏振分束立方、扩束准直***、非偏振分束立方、液晶空间光调制器、第一傅里叶透镜、可调光阑、第二傅里叶透镜、第三傅里叶透镜、抛物势介质和CMOS摄像机；
所述分体式氦氖激光器用于发射高斯光束；
所述半波片和偏振分束立方用于控制高斯光束的功率；
所述扩束准直***用于使入射光束的光强均匀分布，使光束的质量更好；
所述非偏振分束立方用于分束光束并产生干涉；
所述液晶空间光调制器加载有特定的掩模板，掩模板包括啁啾皮尔斯高斯涡旋光束的初始光场平面的傅里叶变换图，用于对入射光束进行调制，灵活敏捷地变换入射光束波前；
所述第一傅里叶透镜用于对光束进行傅里叶变换调制；
所述可调光阑用于在第一傅里叶透镜的像方焦平面上选取正一级干涉条纹；
所述第二傅里叶透镜用于对光束进行又一次的傅里叶变换调制，提取出远场上正一级干涉条纹所携带的啁啾皮尔斯高斯涡旋光束信息；
所述第三傅里叶透镜用于对光束进行再一次的傅里叶变换调制，获得啁啾皮尔斯高斯涡旋光束的初始光场；
所述抛物势介质用于提供光束传输所需的外部环境；光束在抛物势介质中周期性传输，光束的聚焦深度和强度能够通过改变液晶空间光调制器上的傅里叶变换图所携带的啁啾因子信息和抛物势介质的折射率分布情况进行控制；
所述CMOS摄像机用于观察在传输距离范围内的光束。
具体地，所述控制啁啾皮尔斯高斯涡旋光束聚焦深度和强度的***还包括第一反射镜，位于第二傅里叶透镜和第三傅里叶透镜之间，用于改变光束的传输方向，使从第二傅里叶透镜出来的光束传输至第三傅里叶透镜。
具体地，所述控制啁啾皮尔斯高斯涡旋光束聚焦深度和强度的***还包括第二反射镜，位于第三傅里叶透镜和抛物势介质之间，用于改变光束的传输方向，使从第三傅里叶透镜出来的光束传输至抛物势介质。
具体地，液晶空间光调制器加载了由计算机模拟所得的啁啾皮尔斯高斯涡旋光束的初始光场平面的傅里叶变换图。
具体地，准直并扩束后的高斯光束，经过加载了啁啾皮尔斯高斯涡旋光束频谱信息的液晶空间光调制器的反射，完成对其所加载信息的获取，再经过由两个傅里叶透镜和一个光阑组成的空间滤波器提取出远场上正一级干涉条纹所携带的啁啾皮尔斯高斯涡旋光束信息，最后再经过一个傅里叶透镜获得啁啾皮尔斯高斯涡旋光束的初始光场。
本实用新型将啁啾、涡旋与皮尔斯高斯光束结合起来，得到啁啾皮尔斯高斯涡旋光束，并在本专利中对该光束在抛物势介质中传输的强度分布、相位分布进行了深入的分析。从图3中可看出，受不同啁啾影响下的皮尔斯高斯涡旋光束在周期性反转的传输过程中，其聚焦处的光场强度会发生明显的变化；从图4中可看出，当抛物势系数不同时，啁啾皮尔斯高斯涡旋光束的传输周期会被显著地改变，从而使其聚焦深度和其聚焦强度得到相应的调节。故光束在抛物势介质中周期性传输时，光束的聚焦深度和强度能够通过改变液晶空间光调制器上的傅里叶变换图所携带的啁啾因子信息和抛物势介质的折射率分布情况进行控制
本实用新型采用液晶空间光调制器和空间傅里叶变换相结合的方法来产生啁啾皮尔斯高斯涡旋光束，该方法具有造价低，***简单，操作方便等优点，并且入射光的衍射损耗不高，输出功率较大，节省成本，提高了效率，能够很好地控制光束的聚焦深度和强度。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (3)
1.一种控制啁啾皮尔斯高斯涡旋光束聚焦深度和强度的***，其特征在于，包括：
分体式氦氖激光器，用于发射高斯光束；
半波片和偏振分束立方，用于控制高斯光束的功率；
扩束准直***，用于使入射光束的光强均匀分布，使光束的质量更好；
非偏振分束立方，用于分束光束并产生干涉；
液晶空间光调制器，其加载有掩模板，掩模板包括啁啾皮尔斯高斯涡旋光束的初始光场平面的傅里叶变换图，用于对入射光束进行调制，变换入射光束波前；
第一傅里叶透镜，用于对光束进行傅里叶变换调制；
可调光阑，用于在第一傅里叶透镜的像方焦平面上选取正一级干涉条纹；
第二傅里叶透镜，用于对光束进行又一次的傅里叶变换调制，提取出远场上正一级干涉条纹所携带的啁啾皮尔斯高斯涡旋光束信息；
第三傅里叶透镜，用于对光束进行再一次的傅里叶变换调制，获得啁啾皮尔斯高斯涡旋光束的初始光场；
抛物势介质，用于提供光束传输所需的外部环境；光束在抛物势介质中周期性传输，光束的聚焦深度和强度能够通过改变液晶空间光调制器上的傅里叶变换图所携带的啁啾因子信息和抛物势介质的折射率分布情况进行控制；
CMOS摄像机，用于观察在传输距离范围内的光束。
2.根据权利要求1所述的控制啁啾皮尔斯高斯涡旋光束聚焦深度和强度的***，其特征在于，所述控制啁啾皮尔斯高斯涡旋光束聚焦深度和强度的***还包括第一反射镜，位于第二傅里叶透镜和第三傅里叶透镜之间，用于改变光束的传输方向，使从第二傅里叶透镜出来的光束传输至第三傅里叶透镜。
3.根据权利要求1所述的控制啁啾皮尔斯高斯涡旋光束聚焦深度和强度的***，其特征在于，所述控制啁啾皮尔斯高斯涡旋光束聚焦深度和强度的***还包括第二反射镜，位于第三傅里叶透镜和抛物势介质之间，用于改变光束的传输方向，使从第三傅里叶透镜出来的光束传输至抛物势介质。
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