[發明專利]一種產生倍頻Ince-Gaussian光束的方法

在審

• 申請號: 201711363816.0
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108281882A
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 崔國新;王夢瑩;唐杰;陸延青
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01S3/109
• 分類號: H01S3/109
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

一種產生倍頻Ince?Gaussian光束的方法；基于非線性光學計算全息的理論，將IG光束的相位和振幅信息帶入全息圖的定義式中，用MATLAB編程做出攜帶有IG光束光場分布的全息圖；采用無掩膜光刻的方法，將全息圖轉移到LN晶體薄膜上，在LN晶體薄膜中制備出全息圖的疇結構:用電子束蒸發的方法在LN晶體薄膜表面鍍一層金屬Cr，剝離后形成極化所需的圖案電極；用探針加壓的方法實現疇結構的制備；將飛秒激光泵浦到疇結構LN晶體薄膜中，在遠場一階衍射處產生倍頻IG光束。該方法同時實現了光束整形和頻率轉化的過程，具有集成化的優勢。

技術領域

本發明涉及到非線性光學計算全息的理論、LN晶體薄膜疇結構的制備方法、以及產生倍頻IG光束的實驗裝置。具體流程為：基于非線性光學計算全息理論設計出能夠產生IG光束的全息圖，通過探針加壓的方法，在LN晶體薄膜中制備出全息圖的疇結構，將飛秒激光泵浦到疇結構LN晶體薄膜中，在遠場一階衍射處產生倍頻IG光束。

背景技術

眾所周知，Hermite-Gaussian(HG)模式和Laguerre-Gaussian(LG)模式分別是自由空間近軸波動方程(PWE)在直角坐標系和圓柱坐標系上的準確正交解。2004年，Bandres等人推導出了PWE在橢圓坐標系下的準確正交解，即IG模式。近幾年，由于這一系列模式的光束在微粒操縱和制備渦旋光束等方面的應用，人們對這三種光束的研究也越來越多。比如，Arie等人利用非線性光學全息的方法實現了HG和LG模式光束的產生，但沒有實現IG光束的產生(參見：A.Shapira,A.Arie et al.“Nonlinear optical holograms for spatialand spectral shaping of light waves.”Sci Bull 60(16):1403–1415(2015))。IG光束是自由空間近軸波動方程(PWE)在橢圓坐標系下的準確正交解，其光場的橫向分布利用因斯多項式來描述，橫模圖形多樣，在生物醫學、微粒操縱、光學通訊等領域具有廣闊的應用前景。Ince-Gaussian模式是繼Hermite-Gaussian和Laguerre-Gaussian模式之后的第3類近軸波動方程的完整解系,其橫模圖形多樣,且螺旋Ince-Gaussian模式存在分離的渦旋結構；IG模式是LG模式和HG模式之間的連續過渡模式，所以研究IG光束的意義更大。產生IG光束的方法也有很多，比如，利用空間光調制器，但該方法只能實現IG光束的產生，無法同時實現頻率轉換。通過掩膜版的制備來產生IG光束也是可行的，但每一個掩膜版只能產生一種模式的IG光束，制備掩膜版的費用也較高，且這個過程也是無法同時實現光束整形和頻率轉換的。

發明內容：

本發明的目的是，提供一種產生倍頻IG光束的方法。本發明基于非線性光學計算全息理論設計出攜帶IG光束信息的全息圖，通過探針加壓的方法制備LN晶體薄膜疇結構，將普通飛秒高斯光束聚焦到疇結構LN晶體薄膜表面，在遠場一階衍射處得到倍頻IG光束。

本發明的技術方案如下：一種產生倍頻Ince-Gaussian光束的方法，基于非線性光學計算全息的理論，將IG光束的相位和振幅信息帶入全息圖的定義式中，用MATLAB編程做出攜帶有IG光束光場分布的全息圖；利用無掩膜光刻和探針加壓的方法將全息圖轉移到LN晶體薄膜中；無掩膜光刻的方法，將全息圖轉移到LN晶體薄膜上，在LN晶體薄膜中制備出全息圖的疇結構:用電子束蒸發的方法在LN晶體薄膜表面鍍一層金屬Cr，剝離后形成極化所需的圖案電極；用探針加壓的方法實現疇結構的制備；將飛秒激光泵浦到疇結構LN晶體薄膜中，在遠場一階衍射處產生倍頻IG光束。