使用空间光调制器产生高阶厄米高斯光束
发布时间：2021-06-20 09:34
提出通过单个空间光调制器制备厄米高斯（HG）光束的方法,理论上分析了输入光束空间横向分布与模式转换效率的关系,实验上采用最佳的椭圆形光斑入射,获得了高质量的HG6,0、HG8,0、HG10,0模光场,纯度分别为96.2%,94.9%,93.4%,并且HG10,0模的转换效率达到了14.45%,输出功率为217 mW,其转换效率较传统的基模高斯光束入射时提高了5.6倍。此高质量及高效的高阶厄米高斯光束制备方法,有望应用于高阶空间压缩态光场制备和空间小位移精密测量等方面。
【文章来源】：中国激光. 2020,47(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
目标光场转换效率与光斑大小的关系。
空间光调制器产生高阶厄米高斯光束实验装置如图2所示。激光器输出光波长为540 nm,基模厄米高斯光束经扩束器扩束后由透镜准直得到平面波,光束入射空间光调制器前插入一组柱透镜(F1,F2,其焦距分别为F1=4 cm,F2=20 cm),将圆形光斑整形为椭圆形光斑,产生的HG6,0,HG8,0和HG10,0模对应的入射光场光斑大小分别为(ωx=4.61 mm,ωy=1 mm)、(ωx=5.12 mm,ωy=1 mm)、(ωx=5.58 mm,ωy=1 mm)。将HG6,0,HG8,0和HG10,0对应的相息图加载到空间光调制器(P1920-0532-HDMI)上,实现对入射光场的空间调制,调制输出的光束经透镜F3会聚在焦点处,在透镜的焦点处利用光阑进行空间滤波,使其衍射1级光场通过,输出光场即为所需的高阶厄米高斯光场,最后通过相机进行光场空间强度分布测量。实验中所用空间光调制器,其分辨率为1920 pixel×1200 pixel,像元大小为9.5 μm, 光学衍射效率为70%,空间光调制器的损伤阈值为30 W/cm2。3 分析与讨论
图3为HG6,0,HG8,0和HG10,0模对应的相息图,以及产生的高阶厄米高斯光束强度图案。为了进一步衡量模式质量,将实验产生的HG6,0,HG8,0和HG10,0的强度分布与标准模式进行理论拟合。其中虚线代表标准模式理论强度分布,实线代表实验结果, 计算可知产生的厄米高斯光束HG6,0,HG8,0和HG10,0模纯度[27]分别为96.2%, 94.9%和93.4%。实验模式纯度与标准模式有差别,其影响因素主要有调制器填充率、像元大小以及电压响应线性度等。进一步对比了入射光场为椭圆形厄米高斯光束和普通基模厄米高斯光束情况下的模式转换效率,如图4所示。图中圆点为入射光场为椭圆形厄米高斯光束时转换效率的实验结果,实线是相应的理论结果;小方块为入射光场为基模厄米高斯光束时转换效率的实验结果,虚线是相应的理论结果。理论与实验结果基本吻合。由图4可得,椭圆形厄米高斯光束产生的高阶厄米高斯模HG6,0,HG8,0和HG10,0模的转换效率分别为17.57%,15.9%,14.45%,其转化效率相比于圆形模厄米高斯光束入射时分别提高了4.6倍、5.2倍和5.6倍。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于空间光调制器的飞秒激光双模式快速加工[J]. 吴培超,张晨初,杨亮,李家文,胡衍雷,吴东. 中国激光. 2018(10)
[2]中心主瓣尺寸可精细调控的类贝塞尔光束[J]. 倪丹丹,谢辰,赵振宇,肖娜,张聿全,胡明列. 光学学报. 2018(07)
[3]基于空间光调制器的高质量螺旋光束制备[J]. 戴茂春,樊代和,王尧,韦联福. 中国激光. 2016(09)
[4]高阶TEM01模压缩态Wigner准概率分布函数的量子重构[J]. 杨荣国,张静,翟淑琴,刘先锋. 中国激光. 2014(03)
本文编号：3238941
【文章来源】：中国激光. 2020,47(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
目标光场转换效率与光斑大小的关系。
空间光调制器产生高阶厄米高斯光束实验装置如图2所示。激光器输出光波长为540 nm,基模厄米高斯光束经扩束器扩束后由透镜准直得到平面波,光束入射空间光调制器前插入一组柱透镜(F1,F2,其焦距分别为F1=4 cm,F2=20 cm),将圆形光斑整形为椭圆形光斑,产生的HG6,0,HG8,0和HG10,0模对应的入射光场光斑大小分别为(ωx=4.61 mm,ωy=1 mm)、(ωx=5.12 mm,ωy=1 mm)、(ωx=5.58 mm,ωy=1 mm)。将HG6,0,HG8,0和HG10,0对应的相息图加载到空间光调制器(P1920-0532-HDMI)上,实现对入射光场的空间调制,调制输出的光束经透镜F3会聚在焦点处,在透镜的焦点处利用光阑进行空间滤波,使其衍射1级光场通过,输出光场即为所需的高阶厄米高斯光场,最后通过相机进行光场空间强度分布测量。实验中所用空间光调制器,其分辨率为1920 pixel×1200 pixel,像元大小为9.5 μm, 光学衍射效率为70%,空间光调制器的损伤阈值为30 W/cm2。3 分析与讨论
图3为HG6,0,HG8,0和HG10,0模对应的相息图,以及产生的高阶厄米高斯光束强度图案。为了进一步衡量模式质量,将实验产生的HG6,0,HG8,0和HG10,0的强度分布与标准模式进行理论拟合。其中虚线代表标准模式理论强度分布,实线代表实验结果, 计算可知产生的厄米高斯光束HG6,0,HG8,0和HG10,0模纯度[27]分别为96.2%, 94.9%和93.4%。实验模式纯度与标准模式有差别,其影响因素主要有调制器填充率、像元大小以及电压响应线性度等。进一步对比了入射光场为椭圆形厄米高斯光束和普通基模厄米高斯光束情况下的模式转换效率,如图4所示。图中圆点为入射光场为椭圆形厄米高斯光束时转换效率的实验结果,实线是相应的理论结果;小方块为入射光场为基模厄米高斯光束时转换效率的实验结果,虚线是相应的理论结果。理论与实验结果基本吻合。由图4可得,椭圆形厄米高斯光束产生的高阶厄米高斯模HG6,0,HG8,0和HG10,0模的转换效率分别为17.57%,15.9%,14.45%,其转化效率相比于圆形模厄米高斯光束入射时分别提高了4.6倍、5.2倍和5.6倍。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于空间光调制器的飞秒激光双模式快速加工[J]. 吴培超,张晨初,杨亮,李家文,胡衍雷,吴东. 中国激光. 2018(10)
[2]中心主瓣尺寸可精细调控的类贝塞尔光束[J]. 倪丹丹,谢辰,赵振宇,肖娜,张聿全,胡明列. 光学学报. 2018(07)
[3]基于空间光调制器的高质量螺旋光束制备[J]. 戴茂春,樊代和,王尧,韦联福. 中国激光. 2016(09)
[4]高阶TEM01模压缩态Wigner准概率分布函数的量子重构[J]. 杨荣国,张静,翟淑琴,刘先锋. 中国激光. 2014(03)
本文编号：3238941
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