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%。     

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%。     

基于液晶空间光调制器的光束变换研究

搭建了基于液晶空间光调制器的光束变换光路系统,介绍了一种通过编写程序来实现特定的光束强度分布的方法。利用MATLAB编写了闪耀光栅、菲涅尔透镜、环聚焦透镜、柱面菲涅尔透镜、小孔以及衍射调制板的灰度光栅图,并将其加载于液晶空间光调制器上,成功实现了光束变换。     

采用液晶空间光调制器进行激光光束的空间整形

提出采用液晶空间光调制器进行激光束的实时,可调控光束空间整形的新方法,研究了液晶空间光调制器的光学调制特性,用液晶空间光调制器衬时产生的软边切趾光阑与空间滤波器结合,有效地对任意光束进行空间整形,获得光束填充因子高,近“平顶”光强的光束近场分布。     

利用振幅光栅生成拉盖尔-高斯光束的实验研究

拉盖尔高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束由于其独特的相位结构和轨道角动量特性在微粒旋转操纵和信息处理等方面得到了越来越多的重视.对利用振幅型叉状衍射光栅产生LG光束进行了理论分析,采用计算全息图的方法制作了振幅型叉状衍射光栅,实验上获得了角量子数为±1的LG光束,并对光束变换过程中影响光束特性的主要因素进行了讨论. 关键词： 信息光学 拉盖尔高斯光束 计算全息光栅 光束轨道角动量     

利用振幅光栅生成拉盖尔、高斯光束的实验研究

拉盖尔高斯(Laguerre-Gaussian，LG)光束由于其独特的相位结构和轨道角动量特性在微粒旋转操纵和信息处理等方面得到了越来越多的重视.对利用振幅型叉状衍射光栅产生LG光束进行了理论分析，采用计算全息图的方法制作了振幅型叉状衍射光栅，实验上获得了角量子数为±1的LG光束，并对光束变换过程中影响光束特性的主要因素进行了讨论.     

反射式液晶空间光调制器用于光束会聚控制

根据偏心透镜组的结构原理,利用液晶空间光调制器(LC-SLM)对其结构进行了优化。对LC-SLM等效透镜功能的原理进行了分析,模拟仿真了利用LC-SLM对光束进行调制的结果。实验验证了LC-SLM通过加载菲涅尔透镜相位图,实现了对光束会聚功能,并且通过耦合位移相位因子可以实现会聚光斑平移的功能,能够代替在偏心透镜组中实现同一功能的透镜。配合后续的透镜组,理论上可以控制光束实现大角度的扫描。     

拉盖尔-高斯光束的近场矢量结构特征

直接以麦克斯韦方程组的解表征拉盖尔-高斯光束。基于麦克斯韦方程组解的矢量角谱表述和电磁光束的矢量结构理论,利用一些数学技巧导出了拉盖尔-高斯光束的TE项和TM项在近场的解析表达式。利用所导出的公式,在近场描绘了拉盖尔-高斯光束的TE项、TM项及整个光束的光强分布。并对角度依赖分别为余弦和正弦关系的拉盖尔-高斯光束的矢量结构进行了比较,结果显示两者整个光束的光斑完全相似,唯一的区别是子瓣的空间方位不同且两者的内部矢量结构完全不相同。     

基于拉盖尔-高斯光束的单光子捕获概率研究

单光子源通常采用基于高斯光束的高度衰减激光脉冲,假设激光束具有初始高斯时域脉冲波形和TEM01模拉盖尔-高斯空域分布.基于折射率起伏的Rytov近似和修正von Karman谱模型,研究了大气湍流对星地量子通信单光子捕获概率的影响;建立了上行信道和下行信道的单光子捕获概率理论模型;针对低轨卫星-地面站间激光链路,对单光子捕获概率进行了分析.结果表明:上行信道的单光子捕获概率强烈依赖于地面折射率结构常数C2n(0),且随着C2n(0)的增加而减小;然而,下行信道的单光子捕获概率并不依赖于C2n(0),即大气湍流对其没有影响.     

位相可控液晶空间光调制器的研究

论述了平行排列液晶的位相调制理论，进行了理论结果的计算模拟．研制出平行取向TFT型液晶空间光调制器并分析了其位相调制特性.结果表明,此平行取向的液晶空间光调制器可用于位相调制，其调整量优于0.7 μm，最小调整步长是0.052 μm．在ZYGO干涉仪上进行的位相控制实验，得到了很好的实验结果．     

采用双液晶空间光调制器的激光立体显示方法研究

利用激光的高亮度、高方向性和液晶空间光调制器的光强可调制特性和旋光特性,提出了一种新的激光立体显示方法。阐述了该方法的基本原理,设计了相应的实验系统,获得了较为满意的立体显示效果。由于该立体显示方法采用全电子时序控制,无需复杂的机械扫描控制,系统结构简单,程序可控性好,在长景深、大屏幕立体显示领域具有较好的应用前景。     

Fresnel entropic characterization of optical Laguerre-Gaussian beams

A novel approach, based on Fresnel tomography, to determine the entropy of two-dimensional optical Laguerre-Gaussian beams is presented and discussed. Numerical evaluations of the entropy distribution in the phase space associated with Laguerre-Gauss modes are presented. It is shown that the concept of Fresnel entropy provides a general criterion for studying and characterizing the vorticity of Laguerre-Gauss modes.     

Proposition of Single Molecular Orientation Determination Using polarization Controlled Beam by Liquid Crystal Spatial Light Modulators

We have proposed a method to control the three-dimensional electric field in the focus of an optical microscope using two non-twisted liquid crystal spatial light modulators, and to detect the molecular orientation of a single molecule. The three-dimensional electric field is generated by focusing the beam with two dimensional spatial distribution of polarization. The possibility of detection of three-dimensional single molecular orientation was shown by numerical calculations. © 2005 The Optical Society of Japan     

Propagation properties of partially coherent Laguerre-Gaussian beams in turbulent atmosphere

To study the propagation properties of partially coherent Laguerre-Gaussian (PLG) beams through turbulent atmosphere, the analytical formulas are derived for the angular width and the beam-propagation factor (M²-factor) of PLG beams by using the extended Huygens-Fresnel principle and the second-order moments of the Wigner distribution function (WDF). The corresponding numerical results are also calculated. When propagation distance increases, the angular width is found to spread faster for PLG beams with higher beam order, smaller correlation length and bigger structure constant The angular width of PLG beams decreases with increase in waist width (w₀).The M²-factor of PLG beams with higher beam order and smaller correlation length is less affected by turbulence with increase in propagation distance. The propagation properties of the M²-factor for PLG beams with the smaller structure constant are better than that with bigger structure constant . The M²-factor of PLG beams decreases with increase in the wavelength λ, and it is also less affected by turbulence for beams with higher order and smaller correlation length. Furthermore, for the PLG beams with the same beam order, the angular width and the M²-factor keep invariable in free space.     

Experimental observation of spin-independent transverse shift of the centre of gravity of a reflected Laguerre-Gaussian light beam

We report experimental observation of a transverse shift of the centre of gravity of partially reflected optical beam having non-zero orbital angular momentum. The results are in reasonable agreement with the theoretical predictions. Possibility of using such shift for measurement of orbital angular momentum state of photon is discussed.     

Propagation characteristics of elegant Laguerre-Gaussian beams in the fractional Hankel transform plane

The fractional Hankel transform (FRHT) system is applied to study the transformation properties of elegant Laguerre-Gaussian beams (ELGBs). An analytical formula is derived for the FRHT of ELGBs based on the definition of the FRHB. By using the derived formula and the definition of the kurtosis parameter, the analytical propagation expression for the kurtosis parameter of ELGBs in the FRHT plane is derived. Some detailed numerical examples are given to illustrate the analytical results. The results show that the intensity distribution and the kurtosis parameter of elegant Laguerre-Gaussian beams in the fractional Hankel transform plane not only depend on order p and index m of Laguerre polynomial, but also evolve periodically with fractional order p of fractional system.     

拉盖尔-高斯光束在界面反射和折射的质心偏移特性研究

在圆柱坐标系中研究了傍轴线偏振拉盖尔-高斯光束在两种各向同性介质界面反射和折射后光强质心的偏移. 基于菲涅耳近似和泰勒级数展开,分别得到了部分反射和全反射两种情形下,质心的横向偏移和纵向偏移与光束拓扑荷的解析关系式. 研究表明,部分反射时,反射和折射光束的横向偏移的大小与光束的拓扑荷成正比,方向由拓扑荷的符号决定;而纵向偏移仅仅大小与光束的拓扑荷有关. 全反射时,反射光束质心偏移不受拓扑荷影响. 通过数值模拟验证了解析结果的正确性,并得到了解析公式的适用条件. 拉盖尔-高斯光束的质心偏移特性可应用于测量光 关键词： 拉盖尔-高斯光束 横向偏移 纵向偏移 拓扑荷