飞秒激光全息加工光学系统搭建与分析

合理的光学系统设计及参数优化是飞秒激光全息并行加工系统功能实现的前提。在分析了飞秒激光全息并行加工系统光路设计要求的基础上,对其中的两个关键点进行了较为深入的研究。采用能量利用率高的斜入射方式照射选用的空间光调制器,得出了后续光路设计的关键参数;通过光学理论推导出空间光调制器与两个透镜组成的4-f系统中最佳光路参数,利用Zemax软件对光路中系统孔径仿真,验证了该方案的合理性;搭建了一套合理高效的飞秒激光全息并行加工系统,实现了7焦点阵列的微透镜和微齿轮并行加工。研究结果表明,该光路设计方案可以实现高效的飞秒激光全息加工过程。     

基于数字闪耀光栅的位相全息图光电再现优化

针对利用液晶空间光调制器（LC-SLM）进行全息图光电再现过程中,再现像面存在多级衍射像造成单一像能量利用率低的问题,提出了一种在位相全息图中加载数字闪耀光栅的方法,以提高全息图光电再现中单一衍射像的衍射效率.分析了闪耀光栅作为衍射光学元件的特性及其对光波进行位相调制的原理,并阐述了在LC-SLM中加载数字闪耀光栅对位相全息图光电再现时像面能量分布的影响.搭建了基于LC-SLM的位相全息图光电再现实验系统.理论分析表明：在其他条件不变的情况下,加载竖直（或水平）槽向周期为2 pixels的数字闪耀光栅可使 关键词： 全息光电再现 位相全息图 数字闪耀光栅 液晶空间光调制器     

基于光楔阵列产生光学涡旋阵列的研究

在研究光楔衍射法产生单涡旋的基础上,基于长条形光楔阵列,提出了利用光束阵列衍射产生涡旋阵列的方法.该方法要求光束阵列在平行于光楔边缘方向上的光束间距等于光束直径的整数倍.利用超精密机床采用一体化加工法加工了光楔阵列元件,验证了该方法的可行性.利用空间光调制器快速灵活调整光束阵列的优点,搭建了借助空间光调制器加载达曼光栅衍射产生所需光束阵列的实验光学系统.针对光束阵列与光楔阵列的匹配问题,研究了达曼光栅掩模图基本单元对光束阵列的调控,获得了可调结构的光束阵列.实验产生了拓扑荷一致的光学涡旋阵列,与仿真结果相一致,证明所提方法的有效性.     

纯相位空间光调制器实现振幅调制的技术研究

纯相位空间光调制器能够方便地模拟各种相位型光学元件,但不能直接模拟振幅型元件。使用两种方法,即棋盘相格法和闪耀光栅法,把由这两种方法生成的计算全息图加载到纯相位空间光调制器上,通过搭建的光束变换系统进行实验验证。实验结果表明,棋盘相格法和闪耀光栅法都能很好地实现振幅调制,用闪耀光栅法生成的叉状振幅光栅,给拉盖尔-高斯光束的合束带来了一种新的方法。     

飞秒激光成丝过程中由等离子体光栅引起的超连续谱增强与转移

在飞秒宽带激光脉冲成丝过程中, 由于双光束干涉效应而形成的空间等离子体光栅, 研究了空气中飞秒宽带激光脉冲成丝所产生的超连续谱增强效应, 并进一步观测到泵浦光脉冲成丝产生的超连续谱能量向较弱的未成丝的探测光脉冲转移, 有效拓展探测光脉冲带宽的新现象. 通过基于布拉格衍射特性的理论计算较好地解释了实验结果.     

利用纯相位型液晶空间光调制器实现空心光束

为了提高激光系统的整体效率,需要将出射光强整形为空心分布。采用纯相位型液晶空间光调制器整形近高斯分布光强到空心分布。基于能量守恒定律和等光程原理,分析了纯相位型液晶空间光调制器光束整形系统,得出了整形系统所需的相位分布。采用衍射光学方法,数值模拟了整形效果,讨论了入射光束束腰半径和强度分布等因素对整形效果的影响。利用纯相位型液晶空间光调制器实验实现了空心光束,实验测得的转换效率大于99%。     

基于纯相位空间光调制器和棋盘相格法制备高阶贝塞尔涡旋光束

当前,较为常用的光场复振幅调制方法主要是通过衍射效应来实现的,这造成了能量利用效率普遍较低,为此基于纯相位空间光调制器(SLM)和棋盘相格法在衍射零级实现了高阶贝塞尔涡旋光束的制备。首先,介绍了奈奎斯特光栅和棋盘相格法的基本原理,推导了在衍射零级制备贝塞尔涡旋光束的复振幅调制方法并编码了相应的全息图,分别模拟了通过该方法生成的低阶和高阶贝塞尔涡旋光束的光场分布。其次,基于纯相位SLM搭建了相应的实验光路,分别制备了低阶和高阶贝塞尔涡旋光束。最后,讨论了本文方法的优点和不足。实验结果表明,本文方法制备的高阶贝塞尔涡旋光束的模式纯度虽然不及衍射一级,但却可以将衍射效率提升约4.5倍。     

幂指数相位涡旋光束用于微粒操控

实验验证了一种利用幂指数相位涡旋光束(PEPV)操控微粒的方法。该方法基于幂指数相位涡旋光束理论,产生不同拓扑荷数与方位角幂指数大于1的涡旋光场的相位全息图,并将该全息片经计算机输入到空间光调制器(SLM)上用于调制入射激光光束。利用透镜对被调制光束进行傅里叶变换,利用光阑在频域对衍射光斑进行筛选和过滤,并利用倒置高倍光学显微镜将光束成像于载物台样品上。利用该幂指数相位涡旋光束对微米级粒子实现了定向光学输运。研究结果表明,该光束在粒子的定向输送与收集方面有独特的功能,将进一步拓展光学涡旋光束的实际应用范围。     

具轨道角动量光束用于光通信编码及解码研究

无衍射光是在自由空间传播过程中一定范围内横向强度分布保持不变的光场,具有方向性好以及传输距离远等特点,某些类型的无衍射光具有轨道角动量.分析了具有轨道角动量光束以及无衍射光在空间中的传输特点,以计算全息图作为反射式相位调制的空间光调制器(SLM)实现光学变换,并通过由锥形透镜构成的模式转换器,将携带信息的拉盖尔-高斯(L-G)光束转换成为具有相同拓扑荷的高阶Bessel无衍射光束,提出了一种通过具有轨道角动量的高阶Bessel无衍射光束来进行空间光信息传输的编码解码方法,在保证激光大气通信的安全保密性的同时,提高了信息传输的密度和准确率.     

基于空间光调制器的《信息光学》实验设计与开发

利用空间光调制器设计了几个典型的信息光学实验。针对信息光学中的波前调制、光束调制部分难于理解的问题,利用G-S算法,基于空间光调制器设计了正弦光栅和闪耀光栅二元光学衍射元件。理论分析和实验结果表明,设计的二元衍射光学元件达到了实验要求。这为信息光学课程的实验设计提供了一条新思路。