[实用新型]一种在自由空间中产生并调控对称奥尔弗光束的系统

说明书

本实用新型公开了一种在自由空间中产生并调控对称奥尔弗光束的系统，包括氦氖激光器、半波片、偏振分束棱镜、扩束准直系统、空间光调制器、4f滤波系统和CCD相机；半波片和偏振分束棱镜控制高斯光束的功率并调整偏振方向；扩束准直系统对高斯光束进行扩束并且准直；空间光调制器加载特定的干涉条纹掩模板，对高斯光束进行相位调制；4f滤波系统在可调光阑处选取正一级干涉条纹，以获得对称奥尔弗光束的初始光场。本实用新型具有低成本、系统简单、可操作性强等优点，有效降低了入射光的衍射损耗。系统输出功率大、成本低、效率高，能够很好地产生对称奥尔弗光束，并通过调整对称奥尔弗光束的阶数和截断因子改变光束的聚焦位置和聚焦强度。

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，具体涉及一种在自由空间中产生并调控对称奥尔弗光束的系统。

背景技术

2007年，科研工作者第一次在实验室成功得到了艾里光束，并发现了其特殊的传播特性，即自加速、近似无衍射以及自愈性。2014年，Pablo等人在艾里光束的基础上，提出了一种具有矩形对称性和自动聚焦特性的新型艾里光束，即对称艾里光束。对称艾里光束源于传统艾里光束的光谱立方相位的对称化。这种新型光束开启了研究捕获和引导粒子的不同方法以及使用它们在介电介质和等离子体应用中生成新的结构化等离子体通道和波导的可能性。

其次，在之前的研究中，科研人员将皮尔斯方程作为艾里方程的二维对应关系。2020年科研工作者在理论上根据波动方程的解的形式，发现了对称皮尔斯高斯光束，即由一维皮尔斯光束在二维上的扩展产生的具有两个光谱四次相的框架。对称皮尔斯光束的最基本的性质是强自聚焦特性，并且可以聚焦在附近场然后以矩形对称发散分配。科研工作者在实验上产生了对称皮尔斯高斯光束，并发现与等比、相似分布的对称艾里光束相比，对称皮尔斯高斯光束具有更好的聚焦能力，其聚焦强度是对称艾里光束的1.32倍。

此外，在2015年，科研工作者推导了奥尔弗光束，证明这类光束是薛定谔方程和亥姆霍兹方程的解。无限能量的奥尔弗光束在实践中是不可实现的。因此，通过有限孔径截断这些光束或通过高斯包络对其进行调制对于创建伪非衍射有限奥尔弗光束或奥尔弗-高斯光束是非常必要的。在最近的一项工作中，研究人员提出了生成有限能量奥尔弗光束的模型，并证明普通艾里光束是零阶奥尔弗光束。他们通过简单的旁轴ABCD光学系统对奥尔弗高斯光束的传播特性进行理论和数值检验。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出一种在自由空间中产生并调控对称奥尔弗光束的系统，能够很好地在自由空间中产生并调控对称奥尔弗光束。

本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：

一种在自由空间中产生并调控对称奥尔弗光束的系统，包括沿光路依次设置的激光器、半波片、偏振分束棱镜、扩束准直系统、空间光调制器、4f滤波系统和相机；

所述激光器用于产生线偏振的高斯光束；

所述半波片用于控制高斯光束的功率；

所述偏振分束棱镜用于调整高斯光束的偏振方向；

所述扩束准直系统位于所述偏振分束棱镜和所述空间光调制器之间，对所述高斯光束进行扩束并准直后，发送至所述空间光调制器；

所述空间光调制器设置在所述扩束准直系统与4f滤波系统之间，用于加载模拟平面波与对称奥尔弗光束的干涉场分布产生特定的相位全息图，对所述高斯光束进行相位调制；

所述4f滤波系统用于在可调光阑处选取正一级干涉条纹，以获得对称奥尔弗光束的初始光场；

所述相机设于所述4f滤波系统一侧，用于观察传输距离范围内的光束。

作为优选地，所述扩束准直系统包括透镜L1、透镜L2和光阑，所述光阑设于透镜L1、透镜L2之间，用于对入射的高斯光束进行扩束准直处理。