close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY5444

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 5444
(13) C1
(19)
7
(51) G 02F 1/01
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ БЕССЕЛЕВА СВЕТОВОГО ПУЧКА
ЗАДАННОГО ПОРЯДКА
(21) Номер заявки: a 19990984
(22) 1999.11.02
(46) 2003.09.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "ИНСТИТУТ ФИЗИКИ
имени Б.И. СТЕПАНОВА НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ" (BY)
(72) Авторы: Казак Николай Станиславович; Хило Николай Анатольевич; Рыжевич Анатолий Анатольевич (BY);
Кинг Теренц (GB); Хогерворст Вим (NL)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "ИНСТИТУТ ФИЗИКИ имени Б.И. СТЕПАНОВА НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК
БЕЛАРУСИ" (BY)
BY 5444 C1
(57)
1. Способ формирования бесселева светового пучка заданного порядка путем преобразования исходного светового пучка, отличающийся тем, что осуществляют преобразование исходного светового пучка, заключающееся в его циркулярной поляризации, пропускании циркулярно поляризованного пучка через двухосный кристалл, бинормаль которого
параллельна оптической оси пучка, для трансформации его в два линейно поляризованных в ортогональных направлениях бесселевых световых пучка, один из которых имеет
такой же порядок, как и исходный пучок, а другой - порядок, измененный на единицу, и
формировании выходного пучка путем выделения посредством поляризатора-анализатора
пучка с измененным порядком, который может быть использован в качестве исходного
при повторном преобразовании до формирования пучка заданного порядка.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для формирования бесселева светового
пучка с порядком, на единицу большим порядка исходного пучка, осуществляют правоциркулярную поляризацию исходного пучка.
Фиг. 1
BY 5444 C1
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для формирования бесселева светового
пучка с порядком, на единицу меньшим порядка исходного пучка, осуществляют левоциркулярную поляризацию исходного пучка.
(56)
Scott G., McArdle N. Optical Engineering, December 1992. - V.31. - № 12. - Р. 2640-2643.
WO 92/06401 A1.
Изобретение относится к области оптики и лазерной физики и может быть использовано для осуществления нелинейно-частотных преобразований лазерного излучения, в био- и
нанотехнологиях, а также в системах обработки и передачи оптической информации.
В настоящее время наблюдается возрастание интереса к бесселевым световым пучкам
(БСП), обладающим уникальным распределением амплитуды напряженности электрического поля А(ρ, ϕ, z) (ρ, ϕ, z являются координатами цилиндрической системы координат,
ось z которой совпадает с направлением распространения пучка, в данном случае - с оптической осью), пропорциональной значению функции Бесселя Jn(Mρ), где М - некоторый
масштабирующий числовой коэффициент, n - порядок функции Бесселя и соответствующего ей БСП n-го порядка (БСПn), и простым Фурье-спектром в виде кольца, что делает
эти пучки весьма удобным объектом для реализации многих классов нелинейнооптических взаимодействий.
Известен способ формирования БСП нулевого порядка (БСП0) из гауссовых и П-образных световых пучков, основанный на использовании конической линзы (аксикона) [1].
Применяется также голографический метод формирования БСП0 и БСП1 [2]. Известные
способы не позволяют получить из данного БСП одного порядка другой БСП любого заданного порядка.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является
способ формирования светового пучка, основанный на придании световому пучку винтовой дислокации волнового фронта с использованием фазовой спиральной пластинки [3].
Винтовая дислокация волнового фронта является существенным признаком БСП 1-го и
высших порядков. Однако известный способ не позволяет формировать БСП.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности трансформации
исходного БСП заданного порядка в БСП большего или меньшего порядка.
Поставленная задача решается таким образом, что:
1. В способе формирования бесселева светового пучка заданного порядка путем преобразования исходного светового пучка осуществляют преобразование исходного светового пучка, заключающееся в его циркулярной поляризации, пропускании циркулярно поляризованного пучка через двухосный кристалл, бинормаль которого параллельна
оптической оси пучка, для трансформации его в два линейно поляризованных в ортогональных направлениях бесселевых световых пучка, один из которых имеет такой же порядок, как и исходный пучок, а другой - порядок, измененный на единицу, и формировании
выходного пучка путем выделения посредством поляризатора-анализатора пучка с измененным порядком, который может быть использован в качестве исходного при повторном
преобразовании до формирования пучка заданного порядка.
2. В способе по п. 1 для формирования бесселева светового пучка с порядком, на единицу большим порядка исходного пучка, осуществляют право-циркулярную поляризацию
исходного пучка.
3. В способе по п. 1 для формирования бесселева светового пучка с порядком, на единицу меньшим порядка исходного пучка, осуществляют лево-циркулярную поляризацию
исходного пучка.
2
BY 5444 C1
Возможность решения поставленной задачи объясняется следующим. Поляризация
собственных волн в окрестности бинормали двухосного кристалла является линейной и
зависит от азимута. При изменении азимутального угла на величину ϕ векторы поляризации поворачиваются на угол ϕ/2 в противоположных направлениях. Вследствие этого
циркулярно поляризованная волна исходного пучка возбуждает в двухосном кристалле
две циркулярно поляризованных в различных направлениях волны, причем одна из этих
волн, направление поляризации которой не совпадает с направлением поляризации исходной волны, после преобразования ее в линейно поляризованную будет иметь ту винтовую дислокацию волнового фронта, наличие которой необходимо при осуществлении
преобразования исходного БСП в БСП большего или меньшего на единицу порядка.
Предлагаемый способ по пп. 1-3 поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана оптическая схема установки, на которой реализуется предлагаемый способ; на фиг. 2 - изображение выходного БСП0, полученного на выходе из двухосного кристалла при преобразовании исходного БСП0; на фиг. 3 - радиальное распределение интенсивности в выходном
БСП0, полученном при преобразовании исходного БСП0, в сравнении с квадратом масштабированной функции Бесселя нулевого порядка; на фиг. 4 - изображение выходного
БСП1, полученного на выходе из двухосного кристалла при преобразовании исходного
БСП0; на фиг. 5 - радиальное распределение интенсивности в выходном БСП1 в сравнении
с квадратом масштабированной функции Бесселя первого порядка; на фиг. 6 - изображение спиральной интерференционной картины выходного БСП1 с винтовой дислокацией
волнового фронта и опорной сферической волны; на фиг. 7 - рассчитанная математически
конфигурация интерференционного максимума при наложении на поле с дислокацией
волнового фронта поля опорной сферической волны; на фиг. 8 - изображение выходного
БСП2, полученного на выходе из двухосного кристалла при преобразовании исходного
БСП1; на фиг. 9 - радиальное распределение интенсивности в выходном БСП2 в сравнении
с квадратом масштабированной функции Бесселя второго порядка.
Предлагаемый способ по п. 1 осуществляется следующим образом. Исходный БСПn
пропускают через поляризатор 1, затем циркулярно поляризуют с помощью четвертьволновой пластинки 2 (вместо нее можно также использовать ромб Френеля). После этого
пучок направляют на двухосный кристалл 3, установленный так, что его бинормаль совпадает с оптической осью входного пучка, а затем для трансформации циркулярно поляризованного пучка в два линейно поляризованных со взаимно ортогональными направлениями поляризации прошедший через кристалл 3 пучок направляют на четвертьволновую
пластинку (либо ромб Френеля) 4. Один из полученных пучков в результате фазовополяризационных эффектов, имевших место в кристалле 3, представляет собой БСПn, а
другой - БСПn+1 либо БСПn-1, в зависимости от ориентации четвертьволновой пластинки 2.
Выделяют БСП с измененным порядком (n+1 или n-1) с помощью поляризатораанализатора 5. Для получения из БСПn БСП порядка n±2, n±3 и т.д. производят изменение
порядка на единицу путем выделения БСП с порядком n±1, n±2 и т.д. и последующее пропускание его через аналогичную схему соответствующее количество раз. Если четвертьволновая пластинка 2 обеспечивает право-циркулярную поляризацию, то осуществляется
способ по п. 2, то есть на выходе из кристалла 3 будет БСП порядка большего, чем n, на
единицу, если лево-циркулярную - то осуществляется способ по п. 3, и на выходе из кристалла 3 будет БСП порядка меньшего, чем n, на единицу.
Возможность осуществления предлагаемого способа по пп. 1-3 и решения поставленной задачи подтверждена экспериментально. Исходный БСП0, полученный с помощью аксикона с углом при вершине 2.2° из коллимированного гауссова пучка гелий-неонового
лазера с длиной волны излучения 0,632 нм, приобретал после прохождения тонкопленочного поляризатора 1 и четвертьволновой пластинки 2 право-циркулярную поляризацию и
направлялся на двухосный кристалл КТР (КТiOРО4) длиной 12 мм, шириной и высотой по
6 мм, со входной гранью, ориентированной перпендикулярно бинормали и оптической
3
BY 5444 C1
оси пучка. Поперечный размер БСП0, формируемого аксиконом, в пределах расположения
кристалла составил величину порядка 5 мм. После выхода из кристалла 3 право- и левоциркулярно поляризованные компоненты пучка преобразовывались в линейно поляризованные БСП0 и БСП1 с помощью четвертьволновой пластинки 4, затем поляризатороманализатором 5 выделялся один из них. Измерялось поперечное распределение интенсивности в выходных пучках и сопоставлялось с квадратами функции Бесселя нулевого и
первого порядков. На фиг. 2 и фиг. 4 показаны изображения центральной части БСП0 и
БСП1 на выходной грани кристалла, а на фиг. 3 и фиг. 5 - соответствующие поперечные
распределения интенсивностей в сопоставлении с квадратами функций Бесселя J02(Mρ) и
J12(Mρ). Экспериментальные распределения интенсивности в выходных пучках достаточно хорошо соответствуют квадратам соответствующих функций Бесселя.
Кроме радиального распределения интенсивности, существенным признаком БСП1
является дислокация волнового фронта. Для ее выявления был применен метод интерференции БСП1 с опорной сферической волной. Для сравнения с экспериментом численно
рассчитана конфигурация интерференционного максимума (фиг. 6). При этом для упрощения расчета вместо БСП1 использовалось поле, пропорциональное exp(iϕ), имеющее
такую же дислокацию. Видно, что в случае интерференции со сферической опорной волной характерным признаком дислокации является спиральная структура. Указанная особенность интерференции наблюдалась и экспериментально. Изображение интерференционного поля БСП1 и опорной сферической волны, имеющего спиральную структуру,
приведено на фиг. 7.
Процесс трансформации БСП0 был продлен экспериментально до получения БСП2 путем пропускания БСП1 через схему, аналогичную описанной. Фотография центральной
части БСП2 представлена на фиг. 8, а радиальное распределение интенсивности в нем в
сопоставлении с квадратом функции Бесселя второго порядка - на фиг. 9.
Таким образом, полученные экспериментально данные подтверждают возможность
трансформации БСП заданного порядка в БСП большего либо меньшего порядка.
Источники информации:
1. Scott G., McArdle N. Efficient generation of nearly diffraction-free beams using an axicon. Optical Engineering December 1992. - Vol. 31. - No. 12. - P. 2640-2643.
2. Нее S. Lee, B.W. Stewart, K. Choi, H. Fenichel. Holographic nondiverging hollow beam.
Physical Review A June 1994. - Vol. 49. - No. 6. - P. 4922-4927.
3. M.W. Beijersbergen, R.P.C. Coerwincel, M. Kristensen, J.P. Woerdman. Helicalwavefront laser beams produced with a spiral phaseplate. Optics Communications 112. - 1994. - P. 321-327.
Фиг. 2
Фиг. 3
4
BY 5444 C1
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Фиг. 7
Фиг. 8
Фиг. 9
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
2 188 Кб
Теги
by5444, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа