一種全光纖Bessel光束生成器制造技術

本發明專利技術提出了一種全光纖Bessel光束生成器，該生成器由一段標準單芯光纖、環形芯光纖和漸變折射率光纖組成。當向單芯光纖中輸入光波后，傳輸光波會耦合到環形芯光纖中形成環形光場，然后環形光場經過漸變折射率光纖的等效傅里葉光學變換在其術端形成Bessel光束。由于本發明專利技術的光束生成器采用了全光纖系統，并用漸變折射率光纖實現了透鏡的功能，因此相比于傳統的幾何光學系統，整個生成器更易實現對準并更加穩定，此外還具有結構微小、操作靈活和抗干擾能力強等特點。該光束生成器可應用于光束生成、微粒操縱和傳感等領域。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術提出了一種全光纖Bessel光束生成器，該生成器由一段標準單芯光纖、環形芯光纖和漸變折射率光纖組成。當向單芯光纖中輸入光波后，傳輸光波會耦合到環形芯光纖中形成環形光場，然后環形光場經過漸變折射率光纖的等效傅里葉光學變換在其術端形成Bessel光束。由于本專利技術的光束生成器采用了全光纖系統，并用漸變折射率光纖實現了透鏡的功能，因此相比于傳統的幾何光學系統，整個生成器更易實現對準并更加穩定，此外還具有結構微小、操作靈活和抗干擾能力強等特點。該光束生成器可應用于光束生成、微粒操縱和傳感等領域?！緦＠f明】一種全光纖Bessel光束生成器(—)
本專利技術屬于光學
,涉及一種全光纖Bessel光束生成器,可應用于光束生成、微粒操控、傳感應用等。 (二)
技術介紹
光波在傳播過程中始終保持不變被認為是無衍射光束，無衍射波最典型的例子是Bessel光束。Durnin于1987年首次提出Bessel光束的數學模型。我們知道，亥姆霍茲方程的Whitaker解存在Bessel形式的特解,并與傳輸方向無關。然而，現實中無法實現這種無限能量的 Bessel 光束，因此，Durnin 及其同事(J.Durnin, J.0pt.Soc.Am.A, 1987,4 (4):651-654.)在實驗上得到了一種有限能量的準Bessel光束,該光束在一定的傳輸距離內具有Bessel光束的特性，既無衍射和自我重組特性?；谶@兩種特性，Bessel光束被應用于多種領域，其中包括光捕獲與操縱、光束縛、非線性光學、光相干層析掃描、微加工、干涉測量和光刻等。 生成Bessel光束的方法有很多種，其中最常見的一種是，平面波通過二次曲面或圓錐曲面產生干涉來生成Bessel光束，這種方法通常是在幾何光學器件的焦點處放置一環形孔來實現，這種方法在美國專利(US20110304723和US5336875)和中國專利(CN201110142422.9和CN201110390198.5)中都有提及。近年來，研究者們利用光纖結構來生成了 Bessel光束，例如長周期光柵光纖(美國專利US20090257711)、中空光纖(J.K.Kim, J.Kim,Y.Jung et al.,Opt.Lett.,2009,34(19):2973-2975)、多模光纖(X.Zhu，A.Schiilzgen, L.Li et al.,Appl.Phys.Lett., 2009,94201102.)等。雖然目前存在許多基于光纖結構的Bessel光束生成器,但大部分都需要添加光纖微透鏡,而添加光纖微透鏡就會帶來制作難度高、不易對準或系統不穩定等缺點，因此，本專利技術采用了一段漸變折射率光纖來替代光纖微透鏡，不但克服了以上缺點，同時還保留了全光纖光束生成器的特點。 (三)
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種全光纖Bessel光束生成器,該生成器由一段標準單芯光纖、環形芯光纖和漸變折射率光纖組成。 本專利技術的目的是這樣實現的: 傳統基于透鏡的Bessel光束是這樣生成的:在透鏡的焦平面上放置一環形狹縫，平面光通過環形狹縫形成環形光場，然后由透鏡干涉形成Bessel光束。有鑒于此，本專利技術首先利用標準單芯光纖與環形芯光纖的拉錐耦合來生成環形光場。由于在漸變折射率光纖中光波傳輸路徑呈正弦分布，因此可以利用一段漸變折射率光纖來實現透鏡的傅里葉變換功能?；跐u變折射率光纖的這一特性，我們接著用一段漸變折射率光纖對之前在環形芯光纖端生成的環形光場進行等效傅里葉變換，最后在漸變折射率光纖端形成Bessel光束。 與現有技術相比，本專利技術的優點為: 1、采用了全光纖結構，解決了幾何光路對準難的問題； 2、把整個光束生成系統集成于“一根”光纖中，具有系統穩定、結構微小、和操作靈活等特點； 3、相比于其他采用聚合物透鏡的全光纖Bessel光束生成器，本專利技術采用漸變折射率光纖替代了聚合物透鏡，從而極大提高了工作功率，解決了激光功率過高對聚合物透鏡的損傷問題。 (四) 【專利附圖】【附圖說明】 圖1是具有內壁波導型毛細管光纖的全光纖Bessel光束生成器的光束生成示意圖； 圖2是標準單芯光纖(a)、內壁波導型毛細管光纖(b)、梯度折射率光纖(C)、壁中波導型毛細管光纖(d)和M型波導光纖(e)的橫截面折射率分布示意圖； 圖3是環形光束在漸變折射率光纖傳輸以及在其纖端出射后的光場分布圖； 圖4是由全光纖Bessel光束生成器生成的Bessel光束的橫截面光場分布圖； 圖5是具有壁中波導型毛細管光纖的全光纖Bessel光束生成器的光束生成示意圖； 圖6是具有M型波導光纖的全光纖Bessel光束生成器的光束生成示意圖； 圖7是標準單芯光纖與內壁波導型毛細管光纖的焊接示意圖； 圖8是標準單芯光纖與內壁波導型毛細管光纖的加熱拉錐示意圖； 圖9是具有內壁波導型毛細管光纖的全光纖Bessel光束生成器示意圖； 圖10是具有壁中波導型毛細管光纖的全光纖Bessel光束生成器示意圖； 圖11是具有M型波導光纖的全光纖Bessel光束生成器示意圖； (五) 【具體實施方式】 下面結合附圖舉例對本專利技術做更詳細地描述: 結合圖1-圖4,本專利技術第一種實施方式具有一段標準單芯光纖I (包含纖芯2和包層3，如圖2 (a))、內壁波導型毛細管光纖4(包含壞形纖芯5、包層3和中空毛細管6，如圖2 (b))和漸變折射率光纖7 (包含漸變折射率纖芯8和包層3，如圖2 (C))，在單芯光纖纖芯2中的傳輸光9經過拉錐區10耦合到內壁波導型毛細管光纖環形芯5中形成環形光場11，然后環形光場11進入漸變折射率光纖的纖芯8中繼續傳輸，從圖3可以看出，環形光場11在漸變折射率光纖的纖芯8中的傳輸光線軌跡是正弦的，因此，漸變折射率光纖7起著透鏡的功能，實現對環形光場11的等效傅里葉變換，最終在纖端生成Bessel光束12(如圖4)。 結合圖5和圖6，本專利技術第二種實施方式與第一種實施方式類似，但此時的環形光場11將由壁中波導型毛細管光纖13 (包含環形纖芯5、包層3和中空毛細管6，如圖2(d))或M型波導光纖14 (包含環形纖芯5和包層3，如圖2 (e))生成。 實施例1: 1、光纖連接1:取一段標準單芯光纖I和內壁波導型毛細管光纖4，首先對它們進行涂覆層祛除、切割和側面拋磨，然后進行對準、焊接，如圖7所示； 2、耦合連接:在圖7所示的焊點15處加熱至軟化狀態，然后進行拉錐； 3、封裝保護:將內徑大于標準單芯光纖或內壁波導型毛細管光纖的石英管調至圖8所示的錐體耦合區16處，然后在石英管兩端用CO2激光器加熱焊接密封，或者用環氧樹脂封裝固化，然后進行二次涂覆完成整體保護，這樣就制備了標準單芯光纖與內壁波導型毛細管光纖的耦合連接部件； 4、光纖連接2:取一段漸變折射率光纖7，對其進行涂覆層祛除、切割和側面拋磨，然后與步驟3制備好的部件的一端(內壁波導型毛細管光纖纖端)進行對準、焊接，最后在如圖9所示的焊點17處進行封裝保護(參照步驟3)，這樣就完成了整個全光纖Bessel光束生成器的制備； 5> Bessel光束生成:輸入激光18,本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種全光纖Bessel光束生成器，其特征是：所述的生成器包括一段標準單芯光纖、環形芯光纖和漸變折射率光纖，環形芯光纖的一端與單芯光纖熔融拉錐連接，而另一端與漸變折射率光纖直接焊接，當向單芯光纖中輸入光波后，傳輸光波會耦合到環形芯光纖中形成環形光場，然后環形光場經過漸變折射率光纖的等效傅里葉光學變換在其術端形成Bessel光束。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：苑立波，鄧洪昌，
申請(專利權)人：無錫萬潤光子技術有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32