[發(fā)明專利]基于G-S算法產(chǎn)生艾里光束的裝置及其方法

有效

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• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107329274B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任志君;劉士陽;鄧淑玉
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B27/46
• 代理公司: 寧波甬致專利代理有限公司 33228
• 代理人: 徐亞芬

本發(fā)明公開了一種基于G?S算法產(chǎn)生艾里光束的裝置包括激光器、濾波系統(tǒng)、擴(kuò)束系統(tǒng)、分光棱鏡、空間光調(diào)制器、傅里葉變換透鏡及電腦，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低、靈活且能避免復(fù)雜的理論計算。基于G?S算法產(chǎn)生艾里光束的方法不同于經(jīng)典的利用立方相位產(chǎn)生艾里光束，本技術(shù)根據(jù)入射高斯光束和輸出加速艾里光束的光場分布，得到加速艾里光束。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)變換系統(tǒng)中的相位恢復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，更確切地說涉及一種基于G-S算法產(chǎn)生艾里光束的裝置及其方法。

背景技術(shù)

艾里(Airy)光束作為無衍射光束的一種，是近年來的研究熱點。不同于經(jīng)典的無衍射貝塞爾(Bessel)光束，艾里光束最重要的特性之一是在傳輸過程中橫向加速。所謂橫向加速，是指艾里激光束在自由空間傳輸時，其主瓣不是沿直線傳輸，而是沿著拋物軌跡傳輸，類似于有一個垂直于傳輸方向的加速度而導(dǎo)致運(yùn)動軌跡彎曲，這與重力作用下彈丸的飛行彈道軌跡相似，因此被定義為加速光束。因艾里光束這些獨特的光學(xué)性質(zhì)及其潛在的應(yīng)用價值，使其在很多領(lǐng)域都具有潛在的應(yīng)用前景。因而，通過調(diào)控構(gòu)建這種兼具無衍射及加速特性的艾里光束，具有重要的科學(xué)意義。

2007年，Siviloglou等證明了艾里光束的傅里葉譜是包含有立方相位因子的高斯型分布，這一結(jié)果表明對高斯光束進(jìn)行立方相位調(diào)制，再經(jīng)過傅里葉變換即可在空域產(chǎn)生加速艾里光束。這一思想也成為實驗上產(chǎn)生艾里光束提供了重要的理論指導(dǎo)。隨后，Siviloglou和Christodoulides最先在實驗中利用空間光調(diào)制器產(chǎn)生了具有加速特性的艾里光束。

在光學(xué)研究范疇常常遇到這樣的問題，就是怎樣由測得的光強(qiáng)強(qiáng)度分布來尋找特定的相位信息，這是一個典型的二元光學(xué)問題。這種二元光學(xué)元件的設(shè)計可看作是一個逆衍射問題，即由給定的入射光場分布和目標(biāo)出射光場分布，求衍射屏的相位分布。這種問題是高維變量的優(yōu)化問題，一般情況下無嚴(yán)格的解析解，只能通過迭代運(yùn)算求最優(yōu)近似解。

光學(xué)研究領(lǐng)域中，對相位恢復(fù)算法的報道比較多，但核心還是迭代計算。G-S算法是1972年由學(xué)者Gerchberg等最先提出，開創(chuàng)了相位恢復(fù)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，后來相繼出現(xiàn)了各種算法，使得相位恢復(fù)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。

對于經(jīng)典的產(chǎn)生艾里光束的方法[G.A.Siviloglou?et.al.,Observation?ofaccelerating?Airy?beams.Phys.Rev.Lett.,99:213901(2007)]，該方法需要首先計算出艾里光束的頻譜分布的解析解，才能用于構(gòu)造實際的相位元件，理論復(fù)雜，靈活性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于G-S算法產(chǎn)生艾里光束的裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的基于G-S算法產(chǎn)生艾里光束的裝置，包括激光發(fā)生器、濾波系統(tǒng)、擴(kuò)束系統(tǒng)、分光棱鏡、空間光調(diào)制器、傅里葉變換透鏡、電腦及CCD圖像接收器；所述的激光發(fā)生器發(fā)出的高斯光經(jīng)濾波系統(tǒng)和擴(kuò)束系統(tǒng)后得到平行光；所述的平行光通過所述的分光棱鏡反射形成反射光信號進(jìn)入所述的空間光調(diào)制器；所述的反射光信號被所述的空間光調(diào)制器調(diào)制，形成調(diào)制光信號回經(jīng)所述的分光棱鏡，再經(jīng)所述的分光棱鏡透射進(jìn)入所述的傅里葉變換透鏡，所述的空間光調(diào)制器加載相位G-S算法迭代得到的相位分布；利用傅里葉變換透鏡在輸出面得到艾里光束；所述的電腦加載相位信息用于控制所述的空間光調(diào)制器；所述的CCD圖像接收器用于記錄艾里光束；所述的調(diào)制光信號經(jīng)分光棱鏡透射后，入射到所述的傅里葉變換透鏡進(jìn)行傅里葉變化后，在輸出面得到艾里光束。

采用以上結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明的基于G-S算法產(chǎn)生艾里光束的裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

由于本發(fā)明的基于G-S算法產(chǎn)生艾里光束的裝置包括激光器、濾波系統(tǒng)、擴(kuò)束系統(tǒng)、分光棱鏡、空間光調(diào)制器、傅里葉變換透鏡及電腦，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、成本低、靈活且能避免復(fù)雜的理論計算。