对称艾里涡旋光束的传播特性

提出了一种对称艾里涡旋光束.在对称立方相位的基础上引入螺旋相位因子形成新的相位图,加载该相位的高斯光束经傅里叶变换后产生对称艾里涡旋光束.研究表明:对称艾里涡旋光束出现自聚焦现象,且由于轴上涡旋的存在,其中心呈现中空现象,涡旋结构携带的轨道角动量使光束在初始平面处发生旋转,拓扑荷数越大,中空结构越大,旋转角度也越大,而拓扑荷数的正负仅改变光束的旋向.理论分析表明,离轴涡旋在初始平面处,因与光轴中心距离较远,并不会影响对称艾里光束主瓣的能量,即中心并无光强为零区域,但随着传播距离的增加,离轴涡旋逐渐出现在对称艾里光束其中的一个主瓣上.此外,对称艾里光束还可以加载多个离轴涡旋,能同时无损伤地捕获多个微粒.该光束不仅具有自聚焦特性,并且其中心呈中空结构,同时还携带轨道角动量,在光学微操纵与生物医学等方面有潜在应用.     

频谱非对称包络调制的圆对称艾里光束的传播特性研究

为了增强圆对称艾里光束的自聚焦能力,本文使用了非对称双曲正割函数对光束的频谱进行了包络调制研究,详细探讨了频谱中高、低频分量对自聚焦特性的影响.结果表明单纯增加频谱的高频分量,并不会使自聚焦能力持续增强,低频分量对光束的自聚焦特性同样起着不可或缺的作用.由于非对称包络可以灵活的调节高、低频分量的比重,因此调制效果要优于高通滤波和对称包络调制.当调制参数选取适当时,光束焦点峰值大幅增加,达到了调制前的3.4倍,同时焦斑尺寸减小了23.6%.最后,本文对理论分析结果进行了实验验证,实验结果与理论结果相吻合,证明了频谱的非对称包络调制是一种高效且易于实现的调制方法.     

可调谐艾里光束及其传输特性

艾里光束是一种新型无衍射光束,解决了激光在传播过程中的衍射效应。基于艾里变换技术,介绍一种可以通过椭圆平顶高斯光束产生的新型艾里光束,即可调谐艾里光束。通过理论计算,可以看出调节椭圆平顶高斯光束的束宽比可获得单尾艾里光束,同时,可调谐艾里光束的尾长可以通过调节入射椭圆平顶高斯光束的阶数来控制。通过研究,当束宽比p=1时,艾里光束的加速方向沿x轴45方向;p=1/2时,加速方向沿x轴31方向,p=1/3时,加速方向为沿x正方向,可见调节束宽比p的大小可以改变艾里光束的加速方向。     

相位连续可调诱导下双艾里光束形成的可控方形光瓶

提出一种利用相位连续可调诱导产生的双艾里光束形成方形光瓶的方法。该方法首先利用二值化后的相位调制出双艾里光束,为了能够实现光瓶能量分布,一个可调控的线性因子被引入到相位调制函数中形成新改进的相位,该相位能够灵活地调节光瓶的大小。数值模拟结果表明高斯光束通过该改进相位调制,能够形成光瓶能量分布的光束。该方形光瓶光束可应用于光镊、原子捕获与操纵。     

相位连续可调诱导下双艾里光束形成的可控方形光瓶(英文)

提出一种利用相位连续可调诱导产生的双艾里光束形成方形光瓶的方法。该方法首先利用二值化后的相位调制出双艾里光束,为了能够实现光瓶能量分布,一个可调控的线性因子被引入到相位调制函数中形成新改进的相位,该相位能够灵活地调节光瓶的大小。数值模拟结果表明高斯光束通过该改进相位调制,能够形成光瓶能量分布的光束。该方形光瓶光束可应用于光镊、原子捕获与操纵。     

空间诱导产生艾里-贝塞尔光弹研究

利用波动方程,研究了脉冲贝塞尔光束在自由空间传输时的空间诱导群速度色散(SIGVD)效应. 结果表明,三阶SIGVD能使脉冲贝塞尔光束的时域逐渐演化为艾里分布. 由于艾里-贝塞尔光弹是一种新奇的时、空都不扩展的局域波包, 能在光与物质相互作用的很多应用领域发挥作用.因此,本文提出了 通过色散管理技术补偿二阶SIGVD,利用三阶SIGVD在自由空间产生艾里-贝塞尔光弹的方案. 为分析这种光弹的时空传输特性,数值模拟了它在色散介质中的传输情况. 结果表明,这种光弹能在色散介质中保持空域不衍射、时域不色散的稳定传输.     

啁啾艾里光束在非局域介质中的传播特性

本文基于包含非局域非线性效应的非线性薛定谔方程,采用分步傅里叶变换方法,详细研究了竞争非局域非线性介质中啁啾艾里光束的传输动力学特性。结果表明:啁啾可以改变单艾里光束的传输速度,且啁啾越大,脉冲偏移速度越大,但啁啾对光束的呼吸周期和振幅影响却不大。当初始输入为啁啾双艾里光束时,在弱非局域介质中,啁啾会使两光束间的排斥力增强,从而影响孤子的呼吸周期;而在强非局域介质中,两光束的相互作用较为复杂,表现为结构复杂的准周期特性,啁啾会导致准周期结构的周期变化,且随着啁啾绝对值的增大,准周期结构的周期变大,光束衍射增强。     

有偏压光伏光折变晶体中艾里高斯光束的传输特性

采用分步傅里叶法,数值模拟研究了有偏压光伏光折变晶体中艾里高斯光束的传输特性.结果表明,当艾里高斯光束初始振幅和晶体的外加电场在一定范围内时,可以形成沿直线稳定传输的呼吸式孤子.调节初始振幅或外加电场可以控制孤子的峰值强度和呼吸周期.随着入射光场分布因子的变大,孤子的平均峰值强度先增大后减小,孤子的呼吸周期先变小后变大.随着光束衰减因子的增加,孤子的平均峰值强度先增大后减小,然后再增大.此外,光束入射角为负值时,孤子向左偏移,光束入射角为正值时,孤子向右偏移.入射角只改变孤子的输出位置,不影响孤子的强度、宽度和呼吸周期.     

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%。     

Relation between Airy beams and triple-cusp beams

Airy beams and triple-cusp beams are two kinds of accelerating beams. The propagation characteristics and internal topological structures of accelerating Airy beams are well understood because of the developed mathematical theory about Airy function. However, limited information is available about the optical characteristics of accelerating triple-cusp beams. In this work, the relationship between Airy beams and triple-cusp beams is examined theoretically and experimentally. Results reveal some important optical characteristics of triple-cusp beams based on the optical characteristics of Airy beams. These findings are expected to provide a foundation for future applications of triple-cusp beams.     

无衍射光束的产生及其应用

近年来,随着激光技术的快速发展,相继产生了多种在远距离传输后中心光斑保持不变的无衍射光束,包括贝塞尔光束、高阶贝塞尔光束、马丢光束、高阶马丢光束、余弦光束、抛物线光束以及艾里光束.无衍射光束在激光打孔、激光精密准直、光学精密控制、光学微操控、光通信、等离子体导向、光子弹产生、光通信、自聚焦光束的合成以及非线性光学等领域中有着广泛的应用.本文介绍了各类无衍射光束的数学表达式、产生方法及对应的实验结果;就无衍射光束的特性和应用进行了归纳和讨论;并对其在未来的研究与应用前景中发挥的重要作用进行了简要总结与展望.     

利用椭圆高斯光束产生266nm紫外连续激光

本文采用商用532 nm激光器作为基频光源,利用偏硼酸钡(β-BBO)晶体进行外腔倍频,实现了266 nm连续激光的高效输出.文中详细模拟了BBO晶体中的束腰形状对倍频效率的影响,仿真和实验结果均表明椭圆高斯光束可以有效改善走离效应,提高倍频转换效率.通过优化蝶形倍频腔,可以使椭圆高斯光束在腔内共振,当1 W基频光输入时可输出约180 mW的266 nm紫外连续激光,倍频转换效率达到18%.     

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Metasurface的柱矢量光束的产生

本文提出了一种基于Metasurface产生任意柱矢量光束的方法.采用的Metasurface是在熔融石英上刻蚀空间变化的非周期光栅构成.非周期光栅会形成空变的有效双折射,从而对光场的偏振态空间分布进行调制.通过琼斯矩阵的方法分析得出这样的Metasurface可以将入射线偏振光转换为柱矢量光束,并且只需要改变入射线偏振光的偏振方向即可获得高阶庞加莱球赤道上任意一点的柱矢量光束.最后,用Metasurface搭建了一套简单、高效的柱矢量光束产生系统,实验结果与理论分析一致.     

相干合成子光束一致性检测研究

分析了激光相干合成装置及其光路调整要求,提出利用剪切干涉检测合成光路中子光束一致性的方法。分析剪切干涉原理,建立了剪切板干涉物理模型,以相干合成中两路矩形光束拼接组束为例,数值模拟并研究了子光束的整体倾斜、离焦所对应的剪切干涉条纹,得到了条纹图像与子光束光轴误差、离焦误差之间的对应关系,用于相干合成光路中子光束光轴和发散角误差的判断。光轴倾斜大于5 rad时,可以直接观察互干涉和自干涉条纹变化,发散角在大于10 rad时,干涉条纹变化明显。此外,剪切干涉的自干涉条纹平移可用来检测子光束间的活塞误差,可作为光束拼接相干合成中闭环相位检测和控制的手段。     

相干合成子光束一致性检测研究

分析了激光相干合成装置及其光路调整要求,提出利用剪切干涉检测合成光路中子光束一致性的方法。分析剪切干涉原理,建立了剪切板干涉物理模型,以相干合成中两路矩形光束拼接组束为例,数值模拟并研究了子光束的整体倾斜、离焦所对应的剪切干涉条纹,得到了条纹图像与子光束光轴误差、离焦误差之间的对应关系,用于相干合成光路中子光束光轴和发散角误差的判断。光轴倾斜大于5μrad时,可以直接观察互干涉和自干涉条纹变化,发散角在大于10μrad时,干涉条纹变化明显。此外,剪切干涉的自干涉条纹平移可用来检测子光束间的活塞误差,可作为光束拼接相干合成中闭环相位检测和控制的手段。