專利名稱：基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心光束的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心光束的裝置及方法。
背景技術(shù)：
空心光束是指在光束傳播方向上中心光強較低或為零的環(huán)狀光束。由于空心光束具有諸如桶狀的強度分布，傳輸不變性等獨特的物理性質(zhì)，使之在激光光學(xué)、超分辨率熒光顯微鏡、微觀粒子光學(xué)俘獲、材料科學(xué)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。許多方法可以用來產(chǎn)生空心光束，例如:軸錐透鏡法、模式變換法、計算和光學(xué)全息法、相位板法等。此外，研究表明，可以把激光束耦合進中空光纖、光子晶體光纖或者多模光纖來產(chǎn)生空心光束。最近，美國的 Optical Letters 雜志，Zhangrong Mei 的題為 “Random sources generatingring-shaped beams”, 2013, Vol.38, N0.2, pp.91-93,文章中公開了一種利用隨機源來產(chǎn)生空心光束的新方法。但是，以上方法都是基于特定的光電器件，不能靈活的實時控制環(huán)形光束中黑斑的大小和形狀。本發(fā)明基于泵浦-探測和漸變折射率等離子體透鏡的原理，提出了一種新型的產(chǎn)生空心光束的裝置以及產(chǎn)生方法，通過改變泵浦光的輸入功率和聚焦形態(tài)，就可以方便快捷的實時控制環(huán)形光束中黑斑的大小和形狀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心 光束的裝置及產(chǎn)生方法，能夠方便快捷的實時控制環(huán)形光束中黑斑的大小和形狀。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心光束的裝置，包括氦氖激光光源、超短脈沖光源、光學(xué)衰減片、空間光調(diào)制器、反射鏡、二向色鏡、非線性液體介質(zhì)、遮光板、精密探測器。其特征在于，超短脈沖光源產(chǎn)生的超短脈沖作為泵浦光，氦氖激光光源產(chǎn)生的激光作為探測光。探測光依次經(jīng)過第一反射鏡、第一二向色鏡、非線性液體介質(zhì)、第二反射鏡、第二二向色鏡、第二光學(xué)衰減片到達精密探測器。泵浦光依次經(jīng)過第一光學(xué)衰減片、空間光調(diào)制器、第一二向色鏡、非線性液體介質(zhì)、第二反射鏡、第二二向色鏡到達遮光板。所述氦氖激光光源采用氦氖激光器。所述超短脈沖光源采用鈦寶石再生放大激光器。所述光學(xué)衰減片為可調(diào)節(jié)金屬膜中性密度漸變?yōu)V光片。所述空間光調(diào)制器采用空間光強度調(diào)制器。所述反射鏡為前表面鍍銀反射鏡。所述二向色鏡對波長為800nm的激光反射率99.9%，對波長為632nm的激光透射率99.9%。所述非線性液體介質(zhì)為二硫化碳。
所述遮光板為光學(xué)遮光板。所述精密探測器為CCD Camera。基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心光束的裝置的產(chǎn)生空心光束的方法的具體步驟為:I)調(diào)試泵浦光和探測光光路，使兩光路共線射入非線性液體介質(zhì)中；2)調(diào)節(jié)第一光學(xué)衰減片，逐漸增大泵浦光入射功率直至能在精密探測儀器中觀察到探測光光斑變成典型的環(huán)形結(jié)構(gòu)，此時探測光即轉(zhuǎn)變?yōu)榭招墓馐?)調(diào)節(jié)泵浦光的入射功率，空心光束中的黑斑大小將會隨泵浦光入射功率的增大而變大；通過設(shè)置空間光調(diào)制器改變泵浦光的空間強度分布，空心光束中的黑斑形狀將會隨之變化。本發(fā)明的工作原理是:鈦寶石再生放大激光器發(fā)出的飛秒脈沖，在非線性液體介質(zhì)中傳輸時，將會產(chǎn)生一個等離子通道。由于飛秒激光具有高斯型的空間強度分布，將會導(dǎo)致等離子體中激光的強度分布為近高斯型。又由于等離子體的原子離化度與該處的光強成正比，因此等離子體中的電子密度分布為高斯型分布。所以等離子體通道中電子密度分布可以表示為:
權(quán)利要求
1.一種基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心光束的裝置，包括氦氖激光光源、超短脈沖光源、光學(xué)衰減片、空間光調(diào)制器、反射鏡、二向色鏡、非線性液體介質(zhì)、遮光板、精密探測器；其特征在于，超短脈沖光源產(chǎn)生的超短脈沖作為泵浦光，氦氖激光光源產(chǎn)生的激光作為探測光；探測光依次經(jīng)過第一反射鏡、第一二向色鏡、非線性液體介質(zhì)、第二反射鏡、第二二向色鏡、第二光學(xué)衰減片到達精密探測器；泵浦光依次經(jīng)過第一光學(xué)衰減片、空間光調(diào)制器、第一二向色鏡、非線性液體介質(zhì)、第二反射鏡、第二二向色鏡到達遮光板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心光束的裝置，其特征在于，所述氦氖激光光源米用氦氖激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心光束的裝置，其特征在于，所述超短脈沖光源采用鈦寶石再生放大激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心光束的裝置，其特征在于，所述光學(xué)衰減片為可調(diào)節(jié)金屬膜中性密度漸變?yōu)V光片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心光束的裝置，其特征在于，所述空間光調(diào)制器為空間光強度調(diào)制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心光束的裝置，其特征在于，所述反射鏡為前表面鍍銀反射鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心光束的裝置，其特征在于， 所述二向色鏡對波長為800nm的激光反射率99.9%，對波長為632nm的激光透射率99.9%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心光束的裝置，其特征在于，所述非線性液體介質(zhì)為二硫化碳。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心光束的裝置，其特征在于，所述遮光板為光學(xué)遮光板。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心光束的裝置，其特征在于，所述精密探測器為CXD Camera。
11.一種利用權(quán)利要求1所述的基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心光束的裝置的空心光束的產(chǎn)生方法，其特征在于，該方法的具體步驟為: 1)調(diào)試泵浦光和探測光光路，使兩光路共線射入非線性液體介質(zhì)中； 2)調(diào)節(jié)第一光學(xué)衰減片，逐漸增大泵浦光入射功率直至能在精密探測儀器中觀察到探測光光斑變成典型的環(huán)形結(jié)構(gòu)，此時探測光即轉(zhuǎn)變?yōu)榭招墓馐? 3)調(diào)節(jié)泵浦光的入射功率，空心光束中的黑斑大小將會隨泵浦光入射功率的增大而變大；通過設(shè)置空間光調(diào)制器改變泵浦光的空間強度分布，空心光束中的黑斑形狀將會隨之變化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心光束的裝置及方法，基于漸變折射率等離子體透鏡產(chǎn)生空心光束的裝置包括氦氖激光光源、超短脈沖光源、光學(xué)衰減片、空間光調(diào)制器、反射鏡、二向色鏡、非線性液體介質(zhì)、遮光板、精密探測器。本發(fā)明基于泵浦-探測和漸變折射率等離子體透鏡原理，提出了一種新型的產(chǎn)生空心光束的裝置以及產(chǎn)生方法，與傳統(tǒng)的產(chǎn)生空心光束的方法相比，本實施例的方法只要通過改變泵浦光的輸入功率和聚焦形態(tài)，就可以方便快捷的實時控制環(huán)形光束中黑斑的大小和形狀。
文檔編號G02B27/09GK103246064SQ201310182069
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月16日
發(fā)明者譚超, 傅喜泉 申請人:湖南大學(xué)