[发明专利]基于G-S算法产生艾里光束的装置及其方法

说明书

本发明公开了一种基于G‑S算法产生艾里光束的装置包括激光器、滤波系统、扩束系统、分光棱镜、空间光调制器、傅里叶变换透镜及电脑，该装置结构简单、成本低、灵活且能避免复杂的理论计算。基于G‑S算法产生艾里光束的方法不同于经典的利用立方相位产生艾里光束，本技术根据入射高斯光束和输出加速艾里光束的光场分布，得到加速艾里光束。

技术领域

本发明涉及光学变换系统中的相位恢复技术领域，更确切地说涉及一种基于G-S算法产生艾里光束的装置及其方法。

背景技术

艾里(Airy)光束作为无衍射光束的一种，是近年来的研究热点。不同于经典的无衍射贝塞尔(Bessel)光束，艾里光束最重要的特性之一是在传输过程中横向加速。所谓横向加速，是指艾里激光束在自由空间传输时，其主瓣不是沿直线传输，而是沿着抛物轨迹传输，类似于有一个垂直于传输方向的加速度而导致运动轨迹弯曲，这与重力作用下弹丸的飞行弹道轨迹相似，因此被定义为加速光束。因艾里光束这些独特的光学性质及其潜在的应用价值，使其在很多领域都具有潜在的应用前景。因而，通过调控构建这种兼具无衍射及加速特性的艾里光束，具有重要的科学意义。

2007年，Siviloglou等证明了艾里光束的傅里叶谱是包含有立方相位因子的高斯型分布，这一结果表明对高斯光束进行立方相位调制，再经过傅里叶变换即可在空域产生加速艾里光束。这一思想也成为实验上产生艾里光束提供了重要的理论指导。随后，Siviloglou和Christodoulides最先在实验中利用空间光调制器产生了具有加速特性的艾里光束。

在光学研究范畴常常遇到这样的问题，就是怎样由测得的光强强度分布来寻找特定的相位信息，这是一个典型的二元光学问题。这种二元光学元件的设计可看作是一个逆衍射问题，即由给定的入射光场分布和目标出射光场分布，求衍射屏的相位分布。这种问题是高维变量的优化问题，一般情况下无严格的解析解，只能通过迭代运算求最优近似解。

光学研究领域中，对相位恢复算法的报道比较多，但核心还是迭代计算。G-S算法是1972年由学者Gerchberg等最先提出，开创了相位恢复技术应用的基础，后来相继出现了各种算法，使得相位恢复技术得到了广泛应用。

对于经典的产生艾里光束的方法[G.A.Siviloglou et.al.,Observation ofaccelerating Airy beams.Phys.Rev.Lett.,99:213901(2007)]，该方法需要首先计算出艾里光束的频谱分布的解析解，才能用于构造实际的相位元件，理论复杂，灵活性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种基于G-S算法产生艾里光束的装置，该装置结构简单，成本低。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的基于G-S算法产生艾里光束的装置，包括激光发生器、滤波系统、扩束系统、分光棱镜、空间光调制器、傅里叶变换透镜、电脑及CCD图像接收器；所述的激光发生器发出的高斯光经滤波系统和扩束系统后得到平行光；所述的平行光通过所述的分光棱镜反射形成反射光信号进入所述的空间光调制器；所述的反射光信号被所述的空间光调制器调制，形成调制光信号回经所述的分光棱镜，再经所述的分光棱镜透射进入所述的傅里叶变换透镜，所述的空间光调制器加载相位G-S算法迭代得到的相位分布；利用傅里叶变换透镜在输出面得到艾里光束；所述的电脑加载相位信息用于控制所述的空间光调制器；所述的CCD图像接收器用于记录艾里光束；所述的调制光信号经分光棱镜透射后，入射到所述的傅里叶变换透镜进行傅里叶变化后，在输出面得到艾里光束。

采用以上结构后，本发明的基于G-S算法产生艾里光束的装置，与现有技术相比，具有以下优点：

由于本发明的基于G-S算法产生艾里光束的装置包括激光器、滤波系统、扩束系统、分光棱镜、空间光调制器、傅里叶变换透镜及电脑，该装置结构简单、成本低、灵活且能避免复杂的理论计算。