一种产生艾里高斯涡旋光束的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种产生艾里高斯涡旋光束的装置，所述装置包括He?Ne激光器，用于发出高斯光束；准直扩束器，用于对高斯光束进行准直和扩束；起偏器，用于对高斯光束进行处理，得到线偏振高斯光束；分光棱镜，用于对线偏振高斯光束进行分光处理；相位掩膜片，用于提供包含0到255级灰度信息的相位掩膜图对所述高斯光束进行相位调节后以反射方式出射；透镜光阑，用于将分光处理后得到的反射光束经傅里叶变换后得到艾里高斯涡旋光束。由于艾里高斯涡旋光束具备加速弯曲以及螺旋等良好性质，可被广泛应用于实现光通信、医学、化学等领域。所述装置设计简单，生成的光束稳定且特征明显，方案可行性高。
【专利说明】
-种产生艾里高斯满旋光束的装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及光学领域，尤其设及一种产生艾里高斯满旋光束的装置。
【背景技术】
[0002] 满旋光束是一种具有螺旋相位结构的光场，其动力学特性、轨道角动量特性和独 特的拓扑结构在光学微操纵、散斑场的研究W及量子通信领域都具有较重要的研究价值， 已受到越来越广泛的关注。
[0003] 目前，艾里光束作为一种新型的光束已经在信息、生物、高能激光物理等多个重要 领域探索了它的应用价值。
[0004] 艾里光束具有无衍射性和自弯曲等许多迷人的特性，然而，本实用新型的发明人 发现:艾里光束具有无限的能量，但其在现实实验中难W实现。而艾里高斯光束具有有限的 能量及一定传播距离上近似非衍射，然而，目前产生所述艾里高斯光束的装置都具有稳定 性差、结构复杂的缺点。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型实施例的目的在于提供一种产生艾里高斯满旋光束且稳定性好结构 简单的装置。
[0006] 一种产生艾里高斯满旋光束的装置，其包括:He-化激光器，用于发出高斯光束;准 直扩束器，用于对高斯光束进行准直和扩束;起偏器，用于对高斯光束进行处理，得到线偏 振高斯光束;分光棱镜，用于对线偏振高斯光束进行分光处理;相位掩膜片，用于提供包含0 到255级灰度信息的相位掩膜图对所述高斯光束进行相位调节后W反射方式出射;透镜光 阔，用于将分光处理后得到的反射光束经傅里叶变换后得到艾里高斯满旋光束。
[0007] 在其中一种实施方式中，所述装置进一步包括:图像传感器，用于对艾里高斯满旋 光束进行成像。
[000引在其中一种实施方式中，所述图像传感器为CCD传感器。
[0009] 在其中一种实施方式中，所述图像传感器为单色图像传感器。
[0010] 在其中一种实施方式中，所述相位掩膜片包括透光基板及经由蚀刻技术形成在其 上的图案。
[0011] 相对于现有技术，本实用新型实施例提供的产生艾里高斯满旋光束的装置采用相 位掩膜片，提供包含0到255级灰度信息的相位掩膜图对高斯光束进行相位调节后出射，并 经傅里叶变换后得到艾里高斯满旋光束。所述装置结构简单，稳定性好，并为生成艾里高斯 满旋光束提供了一种切实可行的方法，在光通信、医学、化学等领域应用广泛。
【附图说明】
[0012] 为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附 图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可w根据运些附图获得其他 的附图。
[0013] 图1是本实用新型第一实施例提供的一种产生艾里高斯满旋光束装置的结构及光 路示意图；
[0014] 图2是本实用新型第二实施例提供的一种产生艾里高斯满旋光束装置的实施流程 图。
【具体实施方式】
[0015] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0016] 实施例一
[0017] 请一起参阅图1，本实用新型第一实施例提供一种产生艾里高斯满旋光束的装置 100,所述装置100包括：
[0018] 化-化激光器10,用于发出高斯光束；
[0019] 准直扩束器20，用于对高斯光束进行准直和扩束；
[0020] 起偏器30，用于对高斯光束进行处理，得到线偏振高斯光束；
[0021 ]分光棱镜40，用于对线偏振高斯光束进行分光处理；
[0022] 相位掩膜片50,用于提供包含0到255级灰度信息的相位掩膜图对所述高斯光束进 行相位调节后W反射方式出射；W及
[0023] 透镜光阔60,用于将分光处理后得到的反射光束经傅里叶变换后得到艾里高斯满 旋光束。
[0024] 所述相位掩膜片50通常包括透光基板及经由蚀刻技术形成在其上的图案。
[0025] 所述装置100还进一步包括：图像传感器70,用于对艾里高斯满旋光束进行成像。 所述图像传感器70为CCD传感器。在本实例中，所述图像传感器70为单色图像传感器。
[0026] 本发明实施例依据的原理如下：
[0027] 化-化激光器10产生的高斯光束的近轴波动方程为式子(1):
[002引
[0029] 其中CO是常量。
[0030] 当入射面和出射面为自由空间时，在近轴条件下可W得到惠更斯菲涅尔衍射积分 公式如下：
[0031]
[0032] 其中表征近轴特性的传递矩阵为：
[004引其中，式(5)为艾里高斯满旋光束近轴传播时通过一个光学系统后的一般表达式。
[0049]在相位片的设计中，本实施例利用全息计算法将计算的出的艾里高斯满旋光束与 平面波进行干设分析计算，再运用MATLAB进行数值模拟获取艾里高斯满旋光束与平面波进 行干设全息图，取层数为-1的干设光束。
[0050] 其中（5)式为本实施例的核屯、，利用(5)式本实施例可W提供可生成不同种类的艾 利高斯满旋光束的相位掩膜片50,将运些不同的相位掩膜片50设置在装置100中便可调制 出不同种类的艾里高斯满旋光束。
[0051] 需要指明的是，本实施例中，艾里高斯满旋光束的光场受到横向强度分布因子b的 调制:b初始值为0.2mm时，光场强度分布表现为艾里分布，随着参数b的增大，光强主瓣逐渐 增强，旁瓣逐渐减弱。
[0052] 同时，随着参数b不断增大，光场方程趋近于高斯函数，光场强度分布表现为高斯 分布，故艾里高斯满旋光束的光场分布受到参数b调控的变化是:从艾里分布逐渐演变为高 斯分布，由此可W说明本实施例可W通过调节参数b来产生不同类型的艾利高斯满旋光束。
[0053] 综上所述，本实用新型第一实施例提供的产生艾里高斯满旋光束的装置100采用 相位掩膜片50,提供包含0到255级灰度信息的相位掩膜图对高斯光束进行相位调节后出 射，并经傅里叶变换后得到艾里高斯满旋光束。所述装置100结构简单，稳定性好，并为生成 艾里高斯满旋光束提供了一种切实可行的方法，在光通信、医学、化学等领域应用广泛。
[0054] 实施例二
[0055] 请一起参阅图1及图2,本实用新型第二实施例提供一种图1所述产生艾里高斯满 旋光束的装置100的实施流程，所述流程包括W下步骤：
[0056] 步骤S101，发出高斯光束；
[0057] 步骤S102，对高斯光束进行准直和扩束；
[0058] 步骤S103，对准直高斯光束进行处理，得到线偏振高斯光束；
[0059] 步骤S104,对线偏振高斯光束投射进行分光处理；
[0060] 步骤S105,提供包含0到255级灰度信息的相位掩膜图对所述高斯光束进行相位调 节后W反射方式出射;W及
[0061] 步骤S106,将分光处理后得到的反射光束经傅里叶变换后得到艾里高斯满旋光 束。
[0062] 在本实施例中，所述的方法采用实施例一所述的装置100。具体地，包含:胎-化激 光器10、相位掩膜片50、图像传感器70、计算机80。通过图像采集卡将图像数据存入计算机 80,从而形成图像采集子系统。
[0063] 实施时，保证各光学元件水平等高，光路准直;首先，提供相位掩膜片50加载分布 因子b = 0.2的相位掩膜图；然后，调节图像传感器(CCD)70的位置观察图像并记录结果。
[0064] 接着提供相位掩膜片50加载横向强度分布因子分别为b = 0.3，b = 0.5，b = 0.6，b = 0.8，b=l .0，b=l .2，b = l .6, W及b = 2.0的不同相位的掩膜图90,验证时，可W在同等位 置上的单色图像传感器(CCD)70观察到不同种类的艾里高斯满旋光束。
[0065] 由实验光强图（图未示)可W证明，本实施例产生的是不同种类的艾里高斯满旋光 束，分别对应了6 = 0.3,6 = 0.5,6 = 0.6,6 = 0.8,6=1.0,6=1.2,6=1.6，^及6 = 2.0的不 同相位的掩膜图90。
[0066] 由此，通过改变艾里高斯满旋光束的强度因子b，即通过调节参数b来证明实施例 一所述的装置100可W产生不同类型的艾里高斯满旋光束。
[0067] 综上所述，本实用新型实施例提供的装置100相对现有技术具有下列优点：
[0068] 首先，所提供的艾里高斯满旋光束装置100结构简单，稳定性好。
[0069] 其次，为生成艾里高斯满旋光束提供了一种切实可行的方法，在光通信、医学、化 学等领域应用广泛。
[0070] 另外，通过改变艾里高斯满旋光束的强度分布因子b，证明所述装置100能够产生 不同种类的艾里高斯满旋光束。
[0071] 最后应说明的是：W上实施例仅用W说明本实用新型的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解:其 依然可W对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同 替换;而运些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方 案的精神和范围。
【主权项】
1. 一种产生艾里高斯涡旋光束的装置，其包括： He-Ne激光器，用于发出高斯光束； 准直扩束器，用于对高斯光束进行准直和扩束； 起偏器，用于对高斯光束进行处理，得到线偏振高斯光束； 分光棱镜，用于对线偏振高斯光束进行分光处理； 相位掩膜片，用于提供包含〇到255级灰度信息的相位掩膜图对所述高斯光束进行相位 调节后以反射方式出射；以及 透镜光阑，用于将分光处理后得到的反射光束经傅里叶变换后得到艾里高斯涡旋光 束。2. 如权利要求1所述的产生艾里高斯涡旋光束的装置，其特征在于，进一步包括：图像 传感器，用于对艾里高斯涡旋光束进行成像。3. 如权利要求2所述的产生艾里高斯涡旋光束的装置，其特征在于，所述图像传感器为 CCD传感器。4. 如权利要求2所述的产生艾里高斯涡旋光束的装置，其特征在于，所述图像传感器为 单色图像传感器。5. 如权利要求1所述的产生艾里高斯涡旋光束的装置，其特征在于，所述相位掩膜片包 括透光基板及经由蚀刻技术形成在其上的图案。
【文档编号】G02B27/09GK205620619SQ201620416072
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】赵瑞璜, 邓富, 黄加耀, 余伟浩
【申请人】华南师范大学