南京邮电大学 电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，南京 210023
针对大气湍流干扰下的多贝塞尔高斯光束畸变波前矫正研究场景单一的问题，提出了基于盖师贝格-塞克斯顿（GS）算法的多贝塞尔高斯光束畸变波前校正方法，采用功率谱反演法得到各向异性大气湍流相位屏，并仿真分析了异号拓扑、同号拓扑2种多贝塞尔高斯光束在3种不同大气湍流折射率结构常数影响下的畸变波前校正情况。仿真结果表明：该方法对2种多贝塞尔高斯光束在校正后的目标轨道角动量（OAM）模式纯度均能提高12%以上，OAM谱的弥散也能得到有效抑制。
多贝塞尔高斯光束 轨道角动量 大气湍流 盖师贝格-塞克斯顿算法 波前校正 multi Bessel Gaussian beam, orbital angular moment
太原理工大学光电工程学院，山西 太原 030006
相位失真是实现涡旋光束轨道角动量复用技术实际应用的主要挑战之一。本文提出了一种基于深度学习的复合贝塞尔高斯涡旋光束大气湍流效应补偿方法，以提高模态分离与检测准确度。设计的网络通过学习不同轨道角动量下畸变光束强度分布与湍流相位之间的映射关系，具备了适应未知湍流环境的泛化能力，可以有效地预测等效湍流相位屏。仿真结果表明，复合贝塞尔高斯光束在不同湍流强度下传输1000 m并经过相位补偿后，光强相关系数可提高至0.97以上；在强湍流下传输1500 m并经相位补偿后，拓扑荷数为10的模式纯度从2.43%提高至64.07%。该方法对畸变光束具有更强的特征提取能力，在快速准确预测等效湍流相位屏方面具有良好的泛化能力，有助于提高未来轨道角动量复用技术的可靠性。
光通信 复合贝塞尔高斯光束 大气湍流 深度学习 相位补偿 中国激光
2023, 50(22): 2206002
1 航天工程大学宇航科学与技术系, 北京 101416
2 航天工程大学基础部, 北京 101416
当前,较为常用的光场复振幅调制方法主要是通过衍射效应来实现的,这造成了能量利用效率普遍较低,为此基于纯相位空间光调制器(SLM)和棋盘相格法在衍射零级实现了高阶贝塞尔涡旋光束的制备。首先,介绍了奈奎斯特光栅和棋盘相格法的基本原理,推导了在衍射零级制备贝塞尔涡旋光束的复振幅调制方法并编码了相应的全息图,分别模拟了通过该方法生成的低阶和高阶贝塞尔涡旋光束的光场分布。其次,基于纯相位SLM搭建了相应的实验光路,分别制备了低阶和高阶贝塞尔涡旋光束。最后,讨论了本文方法的优点和不足。实验结果表明,本文方法制备的高阶贝塞尔涡旋光束的模式纯度虽然不及衍射一级,但却可以将衍射效率提升约4.5倍。
衍射 纯相位空间光调制器 棋盘相格法 贝塞尔涡旋光束 全息图 大拓扑荷数 光学学报
2022, 42(10): 1005001
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics, Capital Normal University, Beijing 100048, China
2 Key Laboratory of Intelligent Optical Sensing and Manipulation, College of Engineering and Applied Sciences, Nanjing University, Nanjing 210093, China
In this Letter, we propose that the photopatterned liquid crystal (LC) can act as a broadband and efficient terahertz (THz) Bessel vortex beam (BVB) generator. The mechanism lies in the frequency-independent geometric phase modulation induced by the spatially variant LC directors. By adopting large birefringence LCs and optimizing the cell gap, the maximized mode conversion efficiency can be continuously adjusted in broadband. Furthermore, the LC patterns can be designed and fabricated at will, which enables the THz BVBs to carry various topological charges. Such a THz LC BVB generator may facilitate the advanced THz imaging and communication apparatus.
terahertz liquid crystal Bessel vortex beam photopatterning Chinese Optics Letters
2020, 18(8): 080003
西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
运用广义洛伦兹-米散射理论(GLMT)研究了高阶矢量贝塞尔涡旋波束的单球形气溶胶粒子的散射特性,将直角坐标系下沿 z轴方向传播的贝塞尔波束的电磁场强度各分量表达式转化成球坐标系下各个分量的表达式,使用GLMT中的积分局部近似法计算贝塞尔涡旋波束的波束因子,进而计算在轴入射的高阶矢量贝塞尔涡旋波束的单球形气溶胶粒子散射。以硝酸铵球形粒子为例,通过数值计算,讨论了不同拓扑荷数和半圆锥角矢量贝塞尔涡旋波束与气溶胶粒子作用的微分散射截面随散射角变化的分布,以及消光截面、散射截面和吸收截面随均匀球形气溶胶粒子尺寸参数的变化情况。结果表明,随着贝塞尔涡旋波束拓扑荷数的增大,粒子微分散射截面值逐渐减小;拓扑荷数一定的贝塞尔涡旋波束随着光束半圆锥角的增大,消光截面、散射截面和吸收截面各值整体上趋向减小。
散射 高阶贝塞尔涡旋波束 单球形气溶胶粒子 广义洛伦兹-米散射理论 激光与光电子学进展
2019, 56(14): 142901
西安电子科技大学物理与光电工程学院, 陕西 西安 710071
基于电磁场的矢量波函数展开方法和不同坐标系中矢量波函数转化关系,得到了圆对称矢量贝塞尔涡旋波束的圆柱矢量波函数展开系数;结合电磁场边界条件,获得了圆对称矢量贝塞尔涡旋波束以任意方向照射均匀单轴各向异性介质层的反射场、透射场和内部场的展开系数;数值计算了沿波束传播方向横截面上的入射、反射和透射电场强度分布以及xOz平面内传播路径方向的总电场强度分布。结果表明,圆对称贝塞尔涡旋波束入射单轴各向异性介质的反射场基本保持同心圆环结构,但强度分布不再呈圆对称;透射场出现两束交错折射光,总电场强度轮廓显著扭曲。
物理光学 贝塞尔涡旋波束 矢量波函数展开 反射和透射 单轴各向异性介质
安徽师范大学 物理与电子信息学院 安徽省光电材料科学与技术重点实验室, 芜湖 241000
为了研究受遮挡贝塞尔-高斯光束在湍流大气中传输时质量因子的特性, 基于拓展的惠更斯-菲涅耳原理和维格纳分布函数的二阶矩定义, 经理论推导得出受遮挡贝塞尔-高斯光束的解析表达式, 并进行了相应的数值计算。结果表明,当遮挡物尺寸不大于0.4倍的腰宽时, 受遮挡贝塞尔-高斯光束在湍流大气中的传输质量因子随传播距离、湍流大气结构常数的增大而增大, 随着湍流内标量、光束拓扑荷数的增大而减小。在相同条件下, 光束的传输质量因子随着遮挡物尺寸的增大而增大。所得结论对实际激光传输和自由空间光通信有一定的参考价值。
大气与海洋光学 M2因子 拓展的惠更斯-菲涅耳原理 贝塞尔-高斯光束 atmospheric and ocean optics M2 factor expanded Huygens-Fresnel principle Bessel-Gaussian beam
1 陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系, 河北 石家庄 050003
2 武警士官学校, 浙江 杭州 311400
基于切线簇的概念, 从几何光学的角度分析了自加速艾里光束的形成过程, 以及艾里光束入射面相位分布与其自加速轨迹的关系, 并给出了根据自加速轨迹分布函数推算艾里光束入射面相位分布的迭代算法, 讨论了艾里光束自修复特性的形成原理。利用液晶空间光调制器调制准直激光束实验生成了二维艾里光束, 并对其无衍射、自加速、自修复等特性进行了验证。此外还通过对一维艾里光束的调控实验生成了自聚焦光束和类贝塞尔光束等新型的光束。
激光光学 光束整形 艾里光束 自聚焦光束 类贝塞尔光束 液晶空间光调制器
1 泉州师范学院物理与信息工程学院, 福建 泉州 362000
2 信息功能材料福建省高校重点实验室, 福建 泉州 362000
在太赫兹频段, 基于准光理论与技术构建了3种类型的贝塞尔谐振腔, 即稳定贝塞尔高斯谐振腔、贝塞尔谐振腔、非稳定贝塞尔高斯谐振腔。为了严格分析腔内的衍射场分布特性, 通过边界元素法求解迭代并矢格林函数(IDGF), 并利用IDGF算法计算腔内的三维自再现模。分析比较3种类型的贝塞尔谐振腔的零阶模和高阶模特性, 给出比较结果。所实现的贝塞尔波束或贝塞尔高斯波束有望用于准光或太赫兹频段的通信、测量和成像等方面。
物理光学 谐振腔 贝塞尔波束 贝塞尔高斯波束 迭代并矢格林函数算法 激光与光电子学进展
2017, 54(1): 012601
1 河南科技大学物理工程学院, 河南 洛阳 471023
2 河南科技大学化工与制药学院, 河南 洛阳 471023
3 新加坡南洋理工大学数学物理学院, 新加坡 637371
4 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
利用矢量波分析法对分数阶高阶贝塞尔涡旋光束(FBV)的电矢量特性进行了研究。在紧聚焦和非紧聚焦条件下，研究了拓扑荷(TCs)增量为0.1阶、拓扑荷从2.1增到3的过程中，Ex、Ey、Ez三个电场分量强度图的变化情况。进而对比分析了TCs值为整数阶和半整数阶FBV光束在由紧聚焦向非紧聚焦过渡过程中Ex分量强度的变化情况。数值模拟结果表明，紧聚焦和非紧聚焦情况下，三个分量的电场强度分布差异较大，其亮环圆对称性均遭到破坏；非紧聚焦情况下，Ex分量的圆对称性增强，而Ey、Ez分量与紧聚焦条件下的光强分布基本相同；在由紧聚焦向非紧聚焦过渡过程中，Ex分量整数阶TCs光束亮环圆对称性逐渐增强，而半整数阶TCs光束亮环结构基本不变，仅存在缩放关系。
激光光学 奇异光学 贝塞尔涡旋光束 矢量波 紧聚焦光束
