Author Affiliations
Abstract
Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Quantum Control, School of Measurement and Communication Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150080, China
Ince–Gaussian (IG) beams, as eigenfunctions of the paraxial wave equation in elliptical coordinates, are attracting increasing interest owing to their propagation-invariant and full-field properties. Optical amplification via parametric interactions can further expand their application areas, yet it is rarely studied. In this work, we report on a high-fidelity parametric amplifier for IG beams. The nonlinear transformation of the spatial spectra of the signal and associated influences on the beam profiles of the amplified signal, under different pump structures, were theoretically and experimentally investigated. By using a perfect flattop beam as the pump, we show that the transverse structure of IG signals is well maintained, and the distortion induced by radial-mode degeneration is overcome during amplification. This proof-of-principle demonstration paves the way for a mode-independent and distortion-free amplifier of arbitrary structured light and has great significance in relevant areas, such as quantum optics, tunable infrared-laser generation, and image amplification.
optical parametric amplification Ince–Gaussian beam high fidelity perfect flattop beam Chinese Optics Letters
2022, 20(11): 113801
华侨大学信息科学与工程学院福建省光传输与变换重点实验室， 福建 厦门 361021
研究了一种采用蝶形液晶开关获得柱透镜式定向背光横向平顶光束的原理和方法，在广义惠更斯-菲涅耳衍射积分理论的基础上，推导出以蝶形液晶开关单元为光源的光束经柱透镜后的衍射光场分布表达式；将蝶形液晶开关单元置于柱透镜的物方焦平面上，利用MATLAB编程模拟不同焦距柱透镜下的横向光场能量分布曲线，并分析了蝶形参数对横向光场能量分布的影响。结果表明，随着蝶形参数减小，横向衍射光场能量均匀度先增大后减小，存在一个蝶形参数值可使能量均匀度达到最大值。
衍射 平顶光束 蝶形液晶开关 柱透镜 自由立体显示 衍射理论 激光与光电子学进展
2017, 54(11): 111413
1 长春理工大学 光电工程学院, 长春 130012
2 长春理工大学 光电信息学院， 长春 130012
为了满足快速、精确、定量地测量薄膜激光损伤阈值的要求，设计了平顶激光束诱导薄膜损伤阈值测量系统.介绍了损伤阈值测量的原理和方法，提出二分查找与顺序查找相结合的能量密度查找方式；根据分光镜的分光比及能量探测器示值求解辐照激光能量，用CCD成像法精密测量了作用在薄膜表面的激光光斑面积；基于小波变换法，通过图像处理精确识别了薄膜的损伤；建立能量密度与损伤几率坐标并进行最小二乘法拟合，对损伤阈值进行了标定.对45°高反射膜分别进行了高斯光束辐照和平顶光束辐照的测量实验，结果表明：高斯光束辐照测量的损伤阈值为9.95 J/cm2，平顶光束辐照测量的损伤阈值为13.98J/cm2，平顶光束诱导比高斯光束诱导的损伤阈值高40.5%.
激光损伤阈值 薄膜 高斯光束 平顶光束 小波变换 二分查找 Laser induced damage threshold Film Gauss beam Flattop beam Wavelet transformation Binary search
对现有柱矢量涡旋光束强聚焦公式的不足进行修正，数值模拟了不同拓扑核柱矢量涡旋光束的强聚焦场分布.结果表明：调节偏振旋转角、数值孔径以及遮挡通光孔径可以有效地构造平顶光束与暗通道.调节偏振旋转角能改变涡旋光束径向部分与角向部分的相对强度，实现平顶聚焦；增加孔径遮挡值可以在相对较小的数值孔径下形成平顶光束.当孔径遮挡较大时可以在高数值孔径下实现更窄的暗通道.
物理光学 偏振 涡旋光束 拓扑核 平顶光束 暗通道 Physical optics Polarization Vortex beams Topological charges Flattop beam Focal hole
由于圆偏振涡旋光束可以表征为柱坐标的径向矢量光束和角向矢量光束的线性叠加，因而在研究其聚焦特性时，必须考虑具有拓扑核的径向矢量光束聚焦后有角向分量和角向矢量光束聚焦后有径向分量。在修正关于圆偏振涡旋光束强聚焦公式的基础上，重新模拟计算了不同拓扑核的圆偏振涡旋光束的强聚焦特性。结果显示不仅单自旋手性的圆偏振涡旋光束聚焦能形成平顶光束，而且两束不同的自旋手性的涡旋光束的叠加聚焦也可以实现平顶光束。通过调节光束的振幅、束腰半径以及遮挡通光孔径可以有效地改变平顶光束的半宽。
物理光学 偏振 涡旋光束 平顶光束
在将高斯光束整形为平顶光束的整形系统中，由两个非球面镜组成的系统是比较简单的结构形式，该系统由平凹镜和平凸镜组成。在实际生产加工中，非球面镜的非球面度直接反映加工的难度。在理论分析高斯光束整形为平顶光束的基础上，分析计算了几个特性参数对非球面截面曲线的影响，然后根据实际需要，在保证其紧凑性、尽可能地降低非球面度同时，按照ZEMAX对非球面镜输入参数的要求拟合得到尽可能优化的非球面镜系统结构。最后，对该非球面镜系统进行物理光学传播追踪，分析其光强分布。
光学设计 高斯光束 平顶光束 非球面镜 面形参数 非球面度 激光与光电子学进展
2011, 48(3): 032201
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
利用倍频Nd∶YAG激光器使玻璃基底上沉积的非晶硅薄膜成功实现了晶化。YAG激光器的倍频绿光经蝇眼透镜阵列整形后得到一光强均匀分布的平顶光束, 并用此光束对非晶硅薄膜进行扫描晶化处理。分别测量了激光晶化前后薄膜的拉曼谱和表面形貌。测量结果表明, 非晶硅实现了到多晶硅的相变, 且晶化处理后表面起伏度明显增大。根据拉曼谱的数据计算了不同激光能量密度下薄膜的粒度大小和结晶度。结果表明, 在一定能量密度(400～850 mJ/cm2)范围内, 结晶膜的晶粒粒度和结晶度随激光能量密度升高而增大。然而能量密度大于1000 mJ/cm2后, 检测不到明显的多晶硅特征峰。激光能量密度在850 mJ/cm2左右可得到最佳晶化效果。
薄膜 多晶硅 激光晶化 倍频Nd∶YAG激光 平顶光束
