艾里涡旋光束阵列的产生与传播特性研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:linfenrir
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艾里光束具有无衍射、自加速以及自愈等特性,在清洁微粒、光捕获、离子能量旋转和三维光弹等诸多领域有广泛应用前景。而涡旋光束由于自身的螺旋波前相位特性在光操控、图像增强和高容量通信等领域获得广泛关注。由于艾里涡旋光束结合了艾里光束和涡旋奇点双重特性,在激光医学、激光消融等线性或非线性领域成为国内外的热门研究课题。目前主要集中在单个直角或圆艾里涡旋光束的基础研究,关于光束空间复用产生广义艾里涡旋光束阵列的课题研究较少,而且产生相关阵列的实验光路较复杂、相位膜片的制作方式繁琐、光能利用率较低。针对以上问题,提出基于傅里叶共轭对称延拓计算全息法产生广义艾里涡旋光束阵列的方法,并对其传播动力学特性进行了研究。首先,利用傅里叶共轭对称延拓计算全息法产生艾里涡旋光束阵列相位膜片,使其在空间域上得到复用。利用该方法产生的多艾里涡旋光束排布方式灵活,相位膜片制作方法和实验光路相对简单,并且光能利用效率较高。其次,基于坡印廷矢量和菲涅耳衍射积分公式分析艾里涡旋光束阵列的传播动力学特征。由于艾里光束主瓣的传播速度大于涡旋奇点的传播速度,在传播过程中主瓣慢慢恢复为能量最强点,保持了艾里光束的自愈特性。以“头对头”方式排列的艾里涡旋光束阵列在传播过程中中心点强度会有峰值出现,实现了自聚焦过程。钝角和锐角等变型艾里涡旋光束阵列在传播一定距离之后同样可以恢复为直角形式,进一步证明了艾里光束的自愈特性。最后,分析了由具有不同拓扑荷数或不同初始发射角的圆艾里涡旋光束组成的阵列的传播演化特性和自聚焦特性。结果表明,拓扑荷数越大,聚焦深度越短且聚焦强度越强。初始发射角越大的圆艾里涡旋光束同样可以增强自聚焦。通过调控圆艾里涡旋光束阵列中各光束的拓扑荷和初始发射角,可以在同一平面内同时调控不同区域内的光束的聚焦程度,从而实现不同位置处粒子或生物体的灵活操控,提高调控效率。
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