涡旋光束

摘要： 使用连续镜面变形镜生成涡旋光束,根据涡旋光束相位的螺旋对称结构,变形镜驱动器设计成环形排布,通过生成环形螺旋波前来解决连续镜面变形镜不能拟合奇点的问题。在光路中加入4f滤波系统来滤去高频噪声和次级衍射旁瓣。推导了空间滤波的小孔半径的表达式,这可以保证在滤波过程中尽可能保留主瓣信息,并且完全消除旁瓣。仿真得到了拓扑荷数等于-5~5的无旁瓣的涡旋光束,得到的振幅分布具有破坏性的环形结构,相位分布是比较理想的螺旋结构,而且滤波之后的模式纯度接近理想值。该方法使用的连续镜面变形镜面形变化灵活,可以承受高功率,对于模式可调的高功率涡旋光束的生成有很好的应用前景。

摘要： 针对涡旋光受大气湍流而产生的相位畸变问题,设计了卷积神经网络检测涡旋光束轨道角动量态。将相位畸变的拉盖尔高斯涡旋光光强图像作为样本数据输入,网络利用输入的数据集进行自主学习,经过多次迭代能够精确检测出光束高阶轨道角动量信息。仿真结果表明:在大气湍流强度不确定的情况下,模型对轨道角动量态范围为1~40、1~100、1~160的涡旋光束检测准确率分别为94%、90%、86%;在不同传输距离、不同径向指数、不同基模束腰半径以及不同波长下轨道角动量态范围为1~100的涡旋光束的检测准确率均达到78%以上,且具有很好的鲁棒性。该方法检测精度高、范围广、移植性强,可为涡旋光束轨道角动量态的检测与识别提供一种新思路。

摘要： 由于能够提供独特的光-物质交互界面,携带净轨道角动量的各类涡旋光束成为光场调控研究的热点问题。随着相关研究的不断深入,光镊以及非线性光学领域都特别需要一种具有均一空间强度分布且无曲率相位梯度的"完美平顶涡旋"光束。针对这一问题,从理论出发基于超高斯模型提出"完美平顶涡旋"的复振幅计算全息产生技术,并利用相位型空间光调制器构成的数字傅里叶变换系统实验论证了"完美平顶涡旋"在焦场区域的可控产生与调控,重点阐述了在给定孔径限制条件下获取光滑涡旋奇点的强度控制原理及方法。

摘要： 利用广义惠更斯菲涅尔原理,推导出余弦高斯谢尔模涡旋光束在海洋湍流中传输的交叉谱密度函数表达式,并结合海洋空间功率谱模型函数,用数值模拟方法研究余弦高斯谢尔模涡旋光束在海洋湍流中的演变情况.结果表明:当光束在自由空间传输时,光束的光谱密度会逐渐自分裂为四束光,且在较短的传输距离内,每束光保持中心暗环,但随着传输距离的增大,暗环会逐渐消失;当光束在海洋湍流传输时,光束的光谱密度分布和相干度分布均会被湍流效应破坏.

摘要： 为了进一步增大光纤应力传感的测量范围,设计了一种基于涡旋光束与平面波光束干涉的光纤马赫-曾德尔干涉型(MZI)应力传感器,提出一种新型应力解调模型。利用主成分分析法提取了叉状干涉图样集的主要特征,得到两光束间相位差与其对应干涉图样对于主要特征的相关系数之间的关系,并根据应力-相位差关系,进而得出了应力与相关系数之间的关系;搭建了基于涡旋光束与平面波光束干涉的应力传感实验系统,研究了系统的应力传感响应特性。实验结果表明:该传感器的应力响应灵敏度为0.25694 rad/MPa,最大应力测量量程为3392με。

摘要： 研究光束在海洋湍流中的传输特性尤为重要。为了更贴近实际情况,人工搭建了能控制水下湍流强度和盐度的装置来研究涡旋光束和高斯光束在水下湍流中的传输特性。结果表明:相比于未添加海盐的水下湍流,光束在增添海盐的水下湍流中传输光斑会更加弥散,光强会更弱。无论是强湍流还是弱湍流,m=2的涡旋光束在盐度为4.35‰的水下湍流中的闪烁因子都大于其在盐度为2.42‰的水下湍流中所对应的闪烁因子。另外,m=2的涡旋光束传输到相同的距离时,其闪烁因子随着水下湍流的盐度和强度的增大而增大。不同盐度条件下,m=2的涡旋光束的径向闪烁因子随径向距离的增大呈先减小后增大的变化趋势。另外,搭建了传输距离更长的实验装置,在20米的传输距离内,拓扑电荷m=2的涡旋光束的闪烁因子远高于高斯光束所对应的闪烁因子,且m=2的涡旋光束和高斯光束的闪烁因子都随着传输距离的增大而增大。

摘要： 通过构造两个线性耦合的拉盖尔-高斯旋转腔系统,实现携带轨道角动量的涡旋光束的非互易传输现象.系统中,两个拉盖尔-高斯旋转腔模通过扭力与中间的旋转镜耦合,同时两个涡旋腔场通过光纤直接耦合起来.两个强光场分别驱动不同的腔模,并利用一个弱探测场从系统一侧入射,从而对该系统两个传播方向的光响应特性进行研究.利用该系统哈密顿量和海森伯-郎之万方程,结合输入-输出关系可得到系统的输出光谱.结果表明此系统中的涡旋光束的非互易性来源于光旋转相互作用以及涡旋腔场相互作用之间的量子干涉效应.因此,可以通过调节非互易相位差来对系统的非互易传输进行调制.此外,两个涡旋光束所携带的拓扑荷比值会显著影响传输特性;在适当的拓扑荷比值下,该系统可以实现涡旋光束的单向传输.本研究成果有望用于实现理想的涡旋光隔离器.

摘要： 研究了涡旋光束经三缝干涉后在干涉场中干涉条纹的分布情况,讨论了拓扑电荷数分别为整数和分数情况下对条纹分布的影响.结果表明:不同于平面波,涡旋光束经三缝干涉后的条纹沿着横向出现了移动现象,并且移动的幅度和方向与拓扑电荷数的取值有关.

摘要： 采用1064 nm Nd:YAG纳秒激光器以涡旋光束的形式来泵浦采用Ⅱ类非临界相位匹配(NCPM)的KTiOA sO 4(KTA)光学参量振荡器(OPO)同时实现高效率,高能量近-中红外涡旋光束输出,并揭示了近-中红外涡旋光参量振荡器拓扑荷数的选择性转移。当泵浦光源能量为21 mJ时,获得2.06 mJ的1.535μm和1.38 mJ的3.468μm涡旋光束输出。

摘要： 随着现代光学各个领域对涡旋光束的潜在应用需求的增加,涡旋光束的产生引起了人们的极大兴趣.基于电光晶体平板,本文提出了一种利用Pockels效应产生涡旋光束的方法,在有限的相位调制区域内可以获得±2?的轨道角动量可调范围.模拟了光束在平板上的传输过程,研究了透射光束的轨道角动量模式谱.模式谱与仿真结果吻合较好.该方法可用于光通信和光操作等需要可调谐涡旋光束的领域.

摘要： 根据德拜矢量积分理论,研究了部分相干圆偏振涡旋光束的深聚焦特性。本文比较了左旋和右旋圆偏振涡旋光束的不同深聚焦特性,并给出了相应的物理解释.研究表明,光束的源相干度和聚焦透镜的数值孔径大小都会影响聚焦平面的光强和相干度.通过控制各相关参数的取值,在聚焦场中获得了有广泛实际应用的平顶光束.

摘要： 根据德拜矢量积分理论,研究了部分相干圆偏振涡旋光束的深聚焦特性。本文比较了左旋和右旋部分相干圆偏振涡旋光束的不同深聚焦特性,并给出了相应的物理解释.研究表明,光束的源相干度和聚焦透镜的数值孔径大小都会影响深聚焦焦平面的光强和相干度.通过控制各相关参数的取值,在聚焦场中获得了有广泛实际应用的平顶光束.

摘要： 根据广义的惠更斯-菲涅耳原理，推导了部分相干涡旋光束在湍流介质中传输时光强分布情况的理论公式,详细研究了部分相干涡旋光束在湍流介质中的传输变化规律。研究结果表明,湍流介质的强弱,光源的相干性以及光束所带拓扑电荷数大小均会影响光束传输特性。

摘要： 本发明提供了一种具有分数阶涡旋轮廓的整数阶涡旋光束的相位掩模板，所产生的新型涡旋光束同时具有整数阶涡旋的拓扑荷与分数阶涡旋的光强轮廓。该相位掩模板通过将其输入反射式空间光调制器来产生涡旋光束，其透过率函数表达式为：其中A(x,y)为振幅调制函数，用于改变入射相干光场的轮廓以提高涡旋光束的质量并避免相位调制信号与振幅调制信号的干扰；ang(.)是对虚数求角向函数；rem(.)为求余函数；m是光束的拓扑荷值；n是相位阶跃因子，n>m，通过改变n的值能够压缩相位阶跃，以产生所需要的相位阶跃大小；θ为极坐标系的极角；2πx/d为闪耀光栅项，用以产生一个周期为d的闪耀光栅，从而将能量集中于+1级衍射。

摘要： 一种产生平顶光束/平顶涡旋光束的方法，涉及傍轴光束空间结构的调控方法，属于光学领域。所述方法包括：步骤一、计算完美平顶光束/平顶涡旋光束空间复振幅的空间傅里叶变换，得到傅里叶变换后的空间复振幅信息；步骤二、根据所述傅里叶变换后的空间复振幅信息确定闪耀光栅相位深度调制因子；步骤三、将闪耀光栅相位深度调制因子作为强度掩膜加载到相位掩膜上，得到复振幅掩膜；以及步骤四、利用所述复振幅掩膜对入射光进行调制，并对调制后的光束进行傅里叶变换，得到所述完美平顶光束/平顶涡旋光束。本发明对相位全息技术进行了扩展，是非绝热过程的复振幅调制技术，能够将入射光在焦场范围内转换成任意平顶光束/平顶涡旋光束。

摘要： 基于光纤激光阵列产生涡旋光束的光束质量评价方法,基于光纤激光阵列产生拓扑荷数为m的涡旋光束，获取距离发射面z＝L处的目标平面合成涡旋光束的光强分布；获取距离发射面z＝L处的目标平面合成涡旋光束的圆域内m阶轨道角动量模式纯度；计算高阶光束传输因子；高阶光束传输因子越接近1，则基于光纤激光阵列产生的拓扑荷数为m的涡旋光束的光束质量越好。高阶光束传输因子可以有效描述合成涡旋光束的能量集中程度，并考虑了合成涡旋光束的模式纯度，可以准确评价合成涡旋光束的光束质量。

摘要： 本公开提供了一种正方阵列涡旋光束产生装置、螺旋光束产生装置及应用。其中，正方阵列涡旋光束产生装置包括第一分光棱镜，用于将平行光束分成两路，一路透过第一四分之一波片，经第一平面反射镜反射至第一二维正交光栅；另一路透过第二四分之一波片，经第二平面反射镜反射至第二二维正交光栅；经第一二维正交光栅和第一滤波器得到中心区域最亮的四个点光源；经过第二二维正交光栅和第二滤波器得到中心区域最亮的四个点光源；第一滤波器和第二滤波器分别得到的四个点光源均经第二分光棱镜后透过第三傅里叶透镜产生正方阵列涡旋光束。

摘要： 本发明提出一种涡旋光束、平顶光束和高斯光束的切换方法，基于锥形折射环形泵浦的固体激光器实现；利用双轴晶体锥形折射在锥形折射环平面与拉曼点平面之间光斑结构的变化，调节双轴晶体与激光增益介质之间的光程，实现一阶涡旋光、平顶光与高斯光束的选择性输出。基于上述原理，本发明还提出多种用于涡旋光束、平顶光束和高斯光束的切换的固体激光器，本发明有效利用涡旋光束、平顶光束和高斯光束的优点，在同一光路实验中能同时利用上述三种光源而不改变原有光路结构，在基于锥形折射环形光泵浦的拉盖尔高斯光束固体激光器的基础上实现了进一步拓展。

摘要： 本发明涉及一种基于低频外差干涉仪的涡旋光束涡旋强度测量方法。测量装置包括涡旋光产生模块，用于生成待测涡旋光；移频模块，用于改变参考光波的频率；干涉模块，用于待测涡旋光与参考光的干涉；成像装置，用于接收干涉条纹信息，并传输至计算机进行数据处理以及涡旋强度计算。本发明通过计算涡旋光束相位分布实现涡旋强度的测量，是一种新型的测量方法，检测所需元件简便易得，并且能够实现指定区域涡旋光束总涡旋强度的准确测量。

摘要： 本发明提供了一种具有分数阶涡旋轮廓的整数阶涡旋光束的相位掩模板，所产生的新型涡旋光束同时具有整数阶涡旋的拓扑荷与分数阶涡旋的光强轮廓。该相位掩模板通过将其输入反射式空间光调制器来产生涡旋光束，其透过率函数表达式为：其中A(x,y)为振幅调制函数，用于改变入射相干光场的轮廓以提高涡旋光束的质量并避免相位调制信号与振幅调制信号的干扰；ang(.)是对虚数求角向函数；rem(.)为求余函数；m是光束的拓扑荷值；n是相位阶跃因子，n>m，通过改变n的值能够压缩相位阶跃，以产生所需要的相位阶跃大小；θ为极坐标系的极角；2πx/d为闪耀光栅项，用以产生一个周期为d的闪耀光栅，从而将能量集中于+1级衍射。

摘要： 本发明公开了基于超表面的椭圆艾里涡旋光束产生器及其光束产生方法，其中产生器二氧化硅衬底，衬底上设置有多个纳米柱，纳米柱呈矩阵式分布，所述的纳米柱的长度为Wx，所述的纳米柱的宽度为Wy，纳米柱的旋转角度为α；光束产生方法包括将光束产生器在圆偏振光的垂直入射下，生成椭圆艾里涡旋光束，通过控制纳米柱的几何尺寸和旋转角度来改变透射光场的极化转换率和透射率。本发明在二氧化硅衬底上排布多个单晶硅制成的纳米柱，构建出超表面器件，相对于传统的空间光调制器而言，该装置在可以产生符合预期的复杂光束的前提下，结构简单，更加轻量化和小型化，给实际应用中产生复杂光束带来方便。

摘要： 一种产生平顶光束/平顶涡旋光束的方法，涉及傍轴光束空间结构的调控方法，属于光学领域。所述方法包括：步骤一、计算完美平顶光束/平顶涡旋光束空间复振幅的空间傅里叶变换，得到傅里叶变换后的空间复振幅信息；步骤二、根据所述傅里叶变换后的空间复振幅信息确定闪耀光栅相位深度调制因子；步骤三、将闪耀光栅相位深度调制因子作为强度掩膜加载到相位掩膜上，得到复振幅掩膜；以及步骤四、利用所述复振幅掩膜对入射光进行调制，并对调制后的光束进行傅里叶变换，得到所述完美平顶光束/平顶涡旋光束。本发明对相位全息技术进行了扩展，是非绝热过程的复振幅调制技术，能够将入射光在焦场范围内转换成任意平顶光束/平顶涡旋光束。

摘要： 基于光纤激光阵列产生涡旋光束的光束质量评价方法,基于光纤激光阵列产生拓扑荷数为m的涡旋光束，获取距离发射面z＝L处的目标平面合成涡旋光束的光强分布；获取距离发射面z＝L处的目标平面合成涡旋光束的圆域内m阶轨道角动量模式纯度；计算高阶光束传输因子；高阶光束传输因子越接近1，则基于光纤激光阵列产生的拓扑荷数为m的涡旋光束的光束质量越好。高阶光束传输因子可以有效描述合成涡旋光束的能量集中程度，并考虑了合成涡旋光束的模式纯度，可以准确评价合成涡旋光束的光束质量。