[發明專利]一種在非局域介質中調控艾里光束傳輸特性的方法

有效

• 申請號: 201910314099.5
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN111859598B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 展凱云;楊振東;焦瑞云;劉冰;韓國霞;徐先鋒
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G02B27/00
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一種在非局域介質中調控艾里光束傳輸特性的方法。其特征是通過分步傅里葉基礎理論算法與數值模擬相結合，以實現對于兩束沿著自加速方向對稱的艾里光束相互作用的模擬。首先通過研究具有三種不同數值大小的初始發射角參量的單個艾里光束的傳輸特性圖示，直觀的表現出初始發射角對于艾里光束偏轉的調控作用。然后結合相互作用方程，引入初始發射角、截斷參數、相對間隔、非局域傳輸介質等對于相互作用的調制，非局域介質選用非局域Kerr型介質(液晶材料)，滿足：分析初始發射角對于相互作用的影響，發現同相條件下調控作用不明顯，反相條件下某些特定初始發射角參量會給兩束光束提供一個弱吸引力，從而使得兩光束在反相時以排斥作用為主的情況下會出現部分弱吸引作用，即得到了特定的相互作用示例。利用該方法可以研究兩束艾里光束的相互作用以此可以實現對于潛在光束微粒的定向操控應用探索。

技術領域

本發明涉及到介質傳輸、自加速艾里光束的傳輸與相互作用領域，具體涉及一種基于控制艾里光束本身偏轉參數(即初始發射角α)的手段來實現對于兩束艾里光束相互作用的調制，其特征是利用特定的數值模擬方法，結合介質傳輸理論在非局域Kerr型介質中完成了對于兩束對稱艾里光束之間相互作用的調控，以此實現了特定條件下的相互作用。

技術背景

自加速且沿著傳輸方向上自彎曲的艾里光束由于其無衍射、自加速、自愈特性而備受關注，其在信息傳輸、激光測量、光學微粒操控方面都有潛在應用。目前，對于自加速艾里光束的研究都是處于傳輸特性的數值模擬階段及光束衍生的實驗方法上，但是自加速艾里光束自身調制參數也是研究的一大熱點，因此關于艾里光束的參數調制并結合數值模擬的研究逐漸興起。截斷參數、幅值強度、傳輸介質、初始發射角等直接調制自加速艾里光束的參數是最能反映光束自身性質的研究方法，尤其是截斷參數和初始發射角，這兩個參數是決定光束衍射及自加速偏轉的關鍵，前人通過理論結合數值模擬已經研究出了截斷參數導致光束衍射加劇的緣由，同時給出了具體的表征參量及相應結果，發現截斷參數a不僅會影響傳輸光束的衍射，也會影響光束沿自加速方向上的一個偏移量；對于初始發射角，前人通過研究發現它決定了自加速艾里光束沿著傳輸方向上的偏轉，同時得出結論，艾里光束的傳輸類似于物體的平拋運動，光束的自加速方向也就是類似平拋運動物體受到的重力方向，初始發射角的增大導致了光束傳輸時的自彎曲曲線增大，一定程度上增強了光束本身在傳輸介質中遇到障礙物時的無衍射、自愈特性。基于自加速艾里光束的這種自彎曲傳輸特性，兩束或者多束艾里光束可能會在傳輸過程中相遇而產生相干作用，由此對沿著自加速方向上對稱分布的兩個艾里光束之間的相互作用研究開始興起，同時結合相互作用研究，非線性非局域Kerr型介質本身的某種特性也會影響光束傳輸的一些性質，因此非線性光學領域也逐漸涉足于此。前期通過調研發現，相互作用的研究大多是從兩束光束之間的間距及傳輸介質方面入手，沒有考慮光束自身的自彎曲程度對于其相互作用的調控作用，如何利用初始發射角同時結合傳輸介質來控制自加速艾里光束的自彎曲偏轉程度并獲得其特定的相互作用是有意義的，探索可以實現對于潛在光學微粒的定向操控應用。

自加速艾里光束是一種具有特殊性質的激光光束，在實驗上對其的獲得需要昂貴的光學器材及精密的光路搭建，同時實驗上也很難針對其自身的參數來實現對于其傳輸特性的相關研究。此外，不同的傳輸介質需要不同的晶體載體來完成，晶體本身的性質也由于制作工藝的各異會有差異，因此很難保證晶體本身的性質是足夠完整精確的。故結合數值模擬，理論上利用晶體本身的非線性非局域性質同時結合艾里光束自身的調控參數來實現對其傳輸性質及相互作用的研究是一種重要的研究手段，定性定量的實現了對于光束潛在性質及應用的探索，結合其他研究人員的相關研究，可以一定程度上完善對于該自加速艾里光束的研究現狀，引起讀者興趣。

本發明實現了一種在非局域介質中調控艾里光束傳輸特性的方法，本發明可以快速結合Matlab的數值模擬實現對于兩束艾里光束的調控，并且通過研究發現在特定初始發射角α參數的調制下，可以獲得特定的相互作用，而且發現非局域Kerr型介質本身對于光束的影響也會使得光束受到局部調制以展現出一個向外衍射的趨勢，適用于對于自加速艾里光束實現潛在光學微粒的定向操控應用領域。

發明內容