一種渦旋光場產生裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術適用于光學技術領域，提供一種渦旋光場產生裝置，包括：用于產生窄帶渦旋光束的渦旋光產生系統、用于產生寬帶泵浦光的泵浦光產生系統、用于供寬帶泵浦光和窄帶渦旋光束入射并發生三波耦合非線性轉換以產生閑頻光的非共線光參量放大器，閑頻光具有寬帶渦旋光場且與窄帶渦旋光束在拓撲電荷數上具有互逆關系，還包括位于非共線光參量放大器的輸出光路上的模式記錄分析系統。本實用新型專利技術使寬帶泵浦光在非共線光參量放大器中泵浦窄帶渦旋信號光以發生三波耦合獲得閑頻光，不但將窄帶渦旋轉換為寬帶渦旋，同時可實現波長、頻率轉換，解決了傳統渦旋光束帶寬較窄、頻率種類較少的問題，滿足了寬帶渦旋光的應用需求。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及渦旋光
，尤其涉及一種渦旋光場產生裝置。
技術介紹
渦旋光束是指一類具有連續螺旋狀波前相位和具有確定光子軌道角動量的特殊光束。其螺旋相位中心處的光強為零，且中心處的相位無法確定。其最為一般的特征是其電場表達式含有相位因子exp(imθ)，其中m稱為拓撲電荷數。由于光學渦旋具有獨特的相位和光強分布及具有較大的軌道角動量，從而在光學微操縱、自由空間光通信、量子信息論和光控光開關等領域得到了廣泛的研究和應用。自1989年，人們首次引入了“光學渦旋”這一概念以來。渦旋光束的研究僅有幾十年的時間，但已然成為現代光學領域的一個重要分支。而目前，產生渦旋光束的方法主要有幾何模式轉化法、螺旋相位板法和計算全息法三種。其中，前兩種方法對光學器件的制作精度要求較高，制作較難，不靈活，產生渦旋光束的參數也難以控制；計算全息法應用比較廣泛，具有靈活、快速和計算機實時可控等優點，但是衍射效率較低(最高為27.5％)，無法抑制不需要的衍射級，對全息圖的精確度也要求嚴格，光路較復雜。除此之外，隨著液晶空間光調制器(LCSLM)制作工藝的不斷提高，2002年Jennifer提出利用反射式純相位型LCSLM產生渦旋光束的方法。此方法與計算全息法一樣，具有動態、實時、響應時間快、高的控制精度和分辨率等優點。同時，與計算全息法相比，還具有能量轉換效率高(可達60％以上)、技術簡單和便于集成到光學系統中等優點。但是，由于連續激光的高單色性，故直接利用以上三種方法產生的渦旋光束都是窄帶的渦旋光束，且能產生的渦旋光的頻率的種類也比較少。這對于要使用寬帶渦旋光的應用是不利的。
技術實現思路
本技術所要解決的技術問題在于提供一種渦旋光場產生裝置，旨在解決現有技術中對窄帶渦旋光束進行轉換的問題，以獲得寬帶渦旋光束，并實現非線性波長轉換。本技術是這樣實現的，一種渦旋光場產生裝置，包括：用于產生窄帶渦旋光束的渦旋光產生系統、用于產生寬帶泵浦光的泵浦光產生系統、用于供所述寬帶泵浦光和窄帶渦旋光束入射并發生三波耦合非線性轉換以產生閑頻光的非共線光參量放大器，所述閑頻光具有寬帶渦旋光場，且與所述窄帶渦旋光束在拓撲電荷數上具有互逆關系，還包括位于所述非共線光參量放大器的輸出光路上的用于對所述閑頻光進行模式分析和記錄的模式記錄分析系統。作為本技術的優選技術方案：所述泵浦光產生系統包括用于產生基頻光的飛秒級的脈沖激光器、依次設置于所述脈沖激光器的輸出路徑上的倍頻單元、用于分離所述基頻光和倍頻光的波長分束器、設置于所述波長分束器的透光側的擋板以及設置于所述波長分束器的反光側的倍頻光擴束單元。所述泵浦光產生系統還包括位于所述脈沖激光器和倍頻單元之間的縮束器，以及位于所述倍頻光擴束單元和所述光參量放大器之間的反射鏡組。所述渦旋光產生系統包括產生窄帶連續激光的連續照明激光器，以及用于接收所述窄帶連續激光并產生窄帶渦旋光束的空間光調制器。所述渦旋光產生系統還包括依次設置于所述連續照明激光器和所述空間光調制器之間的第一光闌、起偏器、用于將所述窄帶連續激光的光斑尺寸變大并準直為平行光束的連續激光擴束單元、用于控制所述平行光束入射到所述空間光調制器上的有效面積的第二光闌，以及分束器，所述空間光調制器設置于所述分束器的透光側，還包括設置于所述分束器的反光側的用于使所述窄帶渦旋光束的+1級衍射光通過并去除其他級次衍射光的影響的第三光闌，以及用于聚焦所述窄帶渦旋光束以便進行非線性轉換的第一透鏡。所述空間光調制器為反射式純相位空間光調制器。所述寬帶泵浦光與窄帶渦旋光束非共線入射所述光參量放大器，所述閑頻光與所述非共線光參量放大器輸出的其他光束非共線。所述模式記錄分析系統包括設置于所述閑頻光的輸出光路上的模式分析器、第二透鏡以及成像裝置。所述成像裝置為CCD。本技術基于非共線光參量放大技術，通過渦旋光產生系統產生具有一定拓撲電荷數的窄帶渦旋光束，通過泵浦光產生系統產生寬帶泵浦光，并將寬帶泵浦光和窄帶渦旋光束入射非共線光參量放大器，在該非共線光參量放大器中泵浦窄帶渦旋信號光以發生三波耦合，進行帶寬、頻率及能量的非線性轉換，獲得改變了拓撲電荷數的閑頻光，該裝置不但將窄帶渦旋轉換為寬帶渦旋，同時可實現波長、頻率轉換，并且產生的渦旋相位可靈活控制，具有寬帶，高增益，實時轉換的特性，解決了傳統渦旋光束帶寬較窄、頻率種類較少的問題，滿足了寬帶渦旋光的應用需求。附圖說明圖1是本技術實施例提供的渦旋光場產生裝置的結構示意圖。具體實施方式為了使本技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本技術，并不用于限定本技術。參考圖1，本技術實施例提供一種渦旋光場產生裝置，包括用于產生窄帶渦旋光束的渦旋光產生系統10、用于產生寬帶泵浦光的泵浦光產生系統20、非共線光參量放大器30以及模式記錄分析系統40；窄帶渦旋光束入射非共線光參量放大器30形成窄帶渦旋信號光，寬帶泵浦光入射非共線光參量放大器30，用于泵浦窄帶渦旋信號光以發生三波耦合非線性轉換，包含頻率、帶寬、拓撲電荷數和能量的轉換，產生具有寬帶渦旋光場的閑頻光，該閑頻光與窄帶渦旋信號光在拓撲電荷數上具有互逆關系，閑頻光自非共線光參量放大器30輸出后，通過模式記錄分析系統40進行閑頻光檢測與記錄分析，以獲得轉換的效果。本技術實施例基于非共線光參量放大技術，通過渦旋光產生系統10產生具有一定拓撲電荷數的窄帶渦旋光束，通過泵浦光產生系統20產生泵浦光，并將寬帶泵浦光和窄帶渦旋光束入射非共線光參量放大器30，在該非共線光參量放大器30中泵浦窄帶渦旋信號光以發生三波耦合并進行非線性轉換，獲得改變了拓撲電荷數的具有寬帶渦旋光場的閑頻光，不但將窄帶渦旋轉換為寬帶渦旋，同時可實現波長、頻率轉換，并且產生的渦旋相位可靈活控制，具有寬帶，高增益，實時轉換的特性，解決了傳統渦旋光束帶寬較窄、頻率種類較少的問題，滿足了寬帶渦旋光的應用需求。在本技術實施例中，泵浦光產生系統20包括飛秒級的脈沖激光器201，用于產生超短脈沖的基頻光，在基頻光的傳輸路徑上設置倍頻單元202、波長分束器203，倍頻單元202用于對超短脈沖基頻光進行倍頻，波長分束器203的透光側設有擋板204，反光側設置倍頻光擴束單元205。經過倍頻單元202輸出的光束含有基頻光和倍頻光，其中，基頻光經波長分束器203透射后由擋板204吸收，上轉換的倍頻光經波長分束器203反射后，再經過倍頻光擴束單元205進行擴束，得到寬帶泵浦光，同時通過擴束盡可能達到將窄帶渦旋信號光完全泵浦的目的。進一步地，在脈沖激光器201和倍頻單元202之間還設有縮束單元206，用于將超短脈沖激光的光斑變小，在倍頻光擴束單元205和非共線光參量放大器30之間還設有反射鏡組207，用于折疊光路，以減小占用空間。非共線光參量放大器30位于反射鏡組207之后的光路上。當然，還可以在非共線光參量放大器30后設置若干反射鏡以壓縮光路，在不同的應用場景中，反射鏡的數量和安裝位置可以根據需要做出變動。在本實施例中，渦旋光產生系統10包括連續照明激光器101，用于產生窄帶連續激光，還包括空間光調制器1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種渦旋光場產生裝置，其特征在于，包括：用于產生窄帶渦旋光束的渦旋光產生系統、用于產生寬帶泵浦光的泵浦光產生系統、用于供所述寬帶泵浦光和窄帶渦旋光束入射并發生三波耦合非線性轉換以產生閑頻光的非共線光參量放大器，所述閑頻光具有寬帶渦旋光場，且與所述窄帶渦旋光束在拓撲電荷數上具有互逆關系，還包括位于所述非共線光參量放大器的輸出光路上的用于對所述閑頻光進行模式分析和記錄的模式記錄分析系統。

【技術特征摘要】
1.一種渦旋光場產生裝置，其特征在于，包括：用于產生窄帶渦旋光束的渦旋光產生系統、用于產生寬帶泵浦光的泵浦光產生系統、用于供所述寬帶泵浦光和窄帶渦旋光束入射并發生三波耦合非線性轉換以產生閑頻光的非共線光參量放大器，所述閑頻光具有寬帶渦旋光場，且與所述窄帶渦旋光束在拓撲電荷數上具有互逆關系，還包括位于所述非共線光參量放大器的輸出光路上的用于對所述閑頻光進行模式分析和記錄的模式記錄分析系統。2.如權利要求1所述的渦旋光場產生裝置，其特征在于，所述泵浦光產生系統包括用于產生基頻光的飛秒級的脈沖激光器、依次設置于所述脈沖激光器的輸出路徑上的倍頻單元、用于分離所述基頻光和倍頻光的波長分束器、設置于所述波長分束器的透光側的擋板以及設置于所述波長分束器的反光側的倍頻光擴束單元。3.如權利要求2所述的渦旋光場產生裝置，其特征在于，所述泵浦光產生系統還包括位于所述脈沖激光器和倍頻單元之間的縮束器，以及位于所述倍頻光擴束單元和所述光參量放大器之間的反射鏡組。4.如權利要求1所述的渦旋光場產生裝置，其特征在于，所述渦旋光產生系統包括產生窄帶連續激光的連續照明激光器或者可調諧激光器，以及用于接收所述窄帶連續激光并產生窄帶渦旋光...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱天龍，徐世祥，蔡懿，鄭水欽，曾選科，林慶鋼，黃佳，
申請(專利權)人：深圳大學，
類型：新型
國別省市：廣東;44