[发明专利]一种产生暗和反暗无衍射光束的方法及装置

说明书

本发明公开了一种产生暗和反暗无衍射光束的方法，包括以下步骤：获取动态连续变化的不同阶数的贝塞尔光束，并将得到的所述不同阶数的贝塞尔光束进行叠加，其中，奇数阶贝塞尔光束权重大于偶数阶贝塞尔光束权重时，产生暗无衍射光束；奇数阶贝塞尔光束权重小于偶数阶贝塞尔光束权重时，产生反暗无衍射光束。本发明还提供了一种产生暗和反暗无衍射光束的装置，包括光源、扩束镜、空间光调制器、电荷耦合元件以及计算处理系统，能够通过上述方法产生稳定的暗和反暗无衍射光束，为研究光学非线性响应以及粒子捕获奠定基础。

技术领域

本发明涉及光信息技术领域，具体涉及一种产生暗和反暗无衍射光束的方法及装置。

背景技术

孤子又称为孤立波，它是一种特殊形式的超短脉冲，其在传播过程中形状、幅度和速度都维持不变。从数学意义上来说，它是某些非线性偏微分方程的一类稳定、能量有限的不弥散解。也就是，孤立波在互相碰撞后，仍能保持各自的形状和速度不变，像粒子一样。由于这样独特的性质，它在很多领域都得到了广泛的应用。更进一步地将其引用于光纤传输中，由于折射率的非线性变化与群色散效应，光脉冲会形成一种孤子，这一理论我们称之为光孤子理论。整个孤子光学领域都致力于研究光学非线性响应与色散或衍射效应之间的平衡性。目前为止，已经发现了两种完全不同的光孤子：亮孤子和暗孤子。亮孤子的光强随着距离中心的增大而减小，而暗孤子的中心有一个暗点，随着离中心距离的距离增大，光强逐渐增大，并且最终趋于一个稳定的值。另外有一个我们称之为反暗孤子，它是暗孤子的一个镜像，也就是中心是亮斑，随距离中心的距离增大而减小，最终趋于某一稳定值。亮孤子和暗孤子或者反暗孤子最大的区别在于，前者在空间内能量是有限的，而后者是无限的。我们知道，任何非扩散线性波包都必须满足能量无限的条件，而那么我们需要找到一种无衍射光束，这样的光束有着和暗或反暗孤子相似的性质。有学者提出，存在这样的一种光束，当其相干性并不是那么完美的情况下，也就是我们所认为的部分相干的情况下，有一种类贝塞尔无衍射光束，它与暗或反暗孤子有着相类似的特征。

对于贝塞尔光束，由于其特殊的无衍射及自愈合特性，在粒子捕获，原子导引，电子显微镜等领域具有广泛的应用。其不管是在理论上还是实验上都得以广泛研究。但事实上，实验中由于能量有限性，我们并没有办法得到理想的贝塞尔光束。也就是严格意义上来说，实验中我们所得到的贝塞尔光束就是所谓的贝塞尔高斯光束，或者还有称之为类贝塞尔光束。这些光束实际上都是完全相干高斯光束的叠加。

在某些应用领域中，完全相干光并不是理想的。比如，在大气湍流中传输时，部分相干光所受的光束质量或成像的影响相对于完全相干光来说较小。因此，本发明中的光束是部分相干光。2018.Anseey也提出了一种以贝塞尔为基本结构的部分相干无衍射光。但是它是基于某一阶数的贝塞尔光束，在不同位置参数下的非相干叠加，所以其得到的部分相干无衍射光束并不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种产生暗和反暗无衍射光束的方法以及结构简单，能产生暗和反暗无衍射光束的装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种产生暗和反暗无衍射光束的方法，其中，包括以下步骤：

获取动态连续变化的不同阶数的贝塞尔光束，

其中，所述贝塞尔光束为ψ_m(ρ)＝J_m(βρ)e^imφ，表示所述无衍射光束的本征模，m为整数，表示所述贝塞尔光束的阶数，J_m表示m阶所述贝塞尔光束的振幅，β表示所述贝塞尔光束的横向波矢分量，ρ表示所述贝塞尔光束的光斑矢量；所述无衍射光束的本征值为λ_m＝1+(-1)^mα，其中，|α|≤1，用于确定所述贝塞尔光束的权重；

将得到的所述不同阶数的贝塞尔光束进行叠加，

其中，奇数阶贝塞尔光束权重大于偶数阶贝塞尔光束权重时，产生暗无衍射光束；奇数阶贝塞尔光束权重小于偶数阶贝塞尔光束权重时，产生反暗无衍射光束。