[发明专利]一种测量各向同性扭曲高斯谢尔模光束扭曲因子的方法及系统

说明书

本发明涉及激光技术领域，公开了一种测量各向同性扭曲高斯谢尔模光束扭曲因子的方法及系统。本发明通过改变柱面透镜的旋转角构造出两个简单的像散光学系统，再通过对各向同性扭曲高斯谢尔模源经过各个像散光学系统后的光强二阶矩的测量，间接获得了各向同性扭曲高斯谢尔模源的扭曲因子。该测量装置结构简单紧凑，制造成本低，易于实现，且基于上述特性，本发明的测量方法和系统在自由空间光通信、二次谐波产生、光学照明等方面均具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种测量各向同性扭曲高斯谢尔模光束扭曲因子的方法及系统。

背景技术

20世纪60年代以来，激光凭借着其独特的高相干性、单色性、高亮度以及准直性在众多领域得到应用，如国防安全、通信技术、化学、生物、医疗等。随着激光技术的不断发展，人们对激光束的性能要求也日趋提高，因此激光束各个参数的调控显得尤为重要。

众所周知，相干、偏振和相位是激光的基本特性。一般地，相位分为常规相位、扭曲相位以及涡旋相位三类。与其他相位不同的是，扭曲相位只能在部分相干光中存在，它与光场传输垂直平面内两点位置相关。携带扭曲相位的部分相干光束具有轨道角动量，通过对扭曲相位的调控可精准控制光束的轨道角动量，这在光学超分辨、微粒俘获以及大气激光通信中具有重要的应用前景。

高斯谢尔模光束是一种典型的部分相干光束，该光束携带扭曲相位称为扭曲高斯谢尔模光束，最早由Simon等人在1993年提出。由于扭曲相位的固有手性特征，扭曲高斯谢尔模光束在传播过程中会沿着光轴发生旋转。1993年，Simon利用魏格纳分布函数以及方差矩阵推导出该光束的理论产生矩阵。随后，1994年Friberg等人在此基础上通过六个特殊位置摆放的柱透镜系统在实验上成功产生了各向同性扭曲高斯谢尔模光束，并研究了该光束在自由空间中的传输特性。研究表明，扭曲高斯谢尔模光束在二次谐波产生、微粒操控、光学照明等方面具有很大的应用。

扭曲相位赋予了光场新的特性，而扭曲因子作为扭曲相位调控中最重要的参量也越来越受关注。因此，如何测量光场中扭曲因子的大小显得尤为重要。据了解，目前该方面的研究一直处于空缺状态。本发明旨在提出一种测量各项同性扭曲高斯谢尔模光束扭曲因子的方法和系统，通过测量该光束经过特定光学系统后的光强分布，可间接获得各向同性扭曲高斯谢尔模源的扭曲因子大小。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种操作简单，具有实际应用价值的测量各向同性扭曲高斯谢尔模光束扭曲因子的方法，以及结构简单、制造成本低的各向同性扭曲高斯谢尔模光束扭曲因子的测量系统。

为达到上述目的，本发明提供了一种测量各向同性扭曲高斯谢尔模光束扭曲因子的方法，包括如下步骤：

S1、获取所述各向同性扭曲高斯谢尔模光束的初始光强分布图；

S2、获取所述各向同性扭曲高斯谢尔模光束经过第一像散光学系统后，在所述第一像散光学系统后焦面上形成的第一光强分布图；

S3、对所述第一光强分布图拟合分析，得到所述第一光强分布图在相互垂直的第一方向和第二方向上的光强二阶矩V₁和V₂；

S4、获取所述各向同性扭曲高斯谢尔模光束经过第二像散光学系统后，在所述第二像散光学系统后焦面上形成的第二光强分布图，

其中，所述第二像散光学系统由所述第一像散光学系统旋转得到；

S5、对所述第二光强分布图拟合分析，得到所述第二光强分布图在所述第一方向和所述第二方向上的光强二阶矩V₁'和V₂'；

S6、对所述初始光强分布图拟合分析，得到所述初始光强分布图在所述第一方向或所述第二方向上的光强二阶矩V₀；