1 哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院大珩量子调控协同创新中心，黑龙江 哈尔滨 150080
2 中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室，安徽 合肥 230026
目标边缘增强上转换探测是一种通过非线性光学手段将红外（或太赫兹等）长波目标图像“上转换”到可见光波段的同时，强化目标图像几何边缘特征的新型上转换探测技术。基于准相位匹配的近红外上转换系统，理论结合实验进一步深入研究了泵浦空间复振幅结构对上转换目标图像特征的影响。通过比对研究定量分析了振幅带通滤波与螺旋相衬对目标图像边缘特征的增强效果，以及各自量子效率的差异。基于研究结论，针对几种典型场景给出了若干可实施的应用建议。
非线性光学 边缘增强 空间复振幅调制 上转换探测 傅里叶光学 平顶涡旋光束
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
哈尔滨理工大学, 黑龙江省量子调控重点实验室, 大珩协同创新中心, 黑龙江 哈尔滨 150080
由于能够提供独特的光-物质交互界面, 携带净轨道角动量的各类涡旋光束成为光场调控研究的热点问题。随着相关研究的不断深入, 光镊以及非线性光学领域都特别需要一种具有均一空间强度分布且无曲率相位梯度的 “完美平顶涡旋" 光束。针对这一问题, 从理论出发基于超高斯模型提出 “完美平顶涡旋" 的复振幅计算全息产生技术, 并利用相位型空间光调制器构成的数字傅里叶变换系统实验论证了 “完美平顶涡旋" 在焦场区域的可控产生与调控, 重点阐述了在给定孔径限制条件下获取光滑涡旋奇点的强度控制原理及方法。
傅里叶光学 轨道角动量 涡旋光束 平顶光束 计算全息 Fourier optics orbital angular momentum vortex beams flattop beams computed hologram
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽光子器件与材料省级实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
使用衍射光学元件将高斯激光光束整形为能量分布均匀的平顶激光光束,对比了两种激光诱导铜等离子体的特性,研究了光束整形对激光诱导击穿光谱稳定性的改善作用。研究结果表明:激光光束能量分布的均匀性引起了烧蚀坑形貌以及单次烧蚀量的差异,高斯激光和平顶激光诱导光谱的强度、等离子体温度和电子密度的相对标准偏差分别为12.33%和6.37%、2.10%和1.32%、5.31%和0.65%;光束整形后激光诱导击穿光谱的稳定性得到了明显改善,两种激光诱导产生的等离子体均呈局部热力学平衡状态。
光谱学 光束整形 激光诱导击穿光谱 高斯激光 平顶激光 光学衍射元件
1 哈尔滨工业大学 电气工程系, 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学 空间基础科学研究中心, 哈尔滨 150001
3 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
为满足脉冲磁窗技术对磁体激励电流的需求(平台期时间1~10 ms可调, 最小值约24 kA), 研究了一种能量利用率高、能库小的多电容器组分时放电电源。设计了脉冲电源的拓扑结构, 基于仿真分析了电源参数与电流纹波、电容器组路数之间的关系, 及其对放电回路参数变化的敏感性, 给出了6路电容器组分时放电的优化结构, 并通过实验进行了验证。实验过程中通过晶闸管串联提高了其关断的可靠性, 通过二极管三串两并的方式解决了重频模式下二极管承受反向电压能力下降的问题, 进一步提高了电源放电的可靠性。
脉冲电源 电容器放电 平台期 功率晶闸管 续流二极管 pulsed power supply capacitor discharge flattop power thyristor crowbar diode 强激光与粒子束
2019, 31(4): 040018
1 西北工业大学 电子信息学院, 陕西 西安 710072
2 浙江清华长三角研究院杭州分院, 浙江 杭州 310000
基于严格矢量衍射理论, 分析了亚波长光栅将圆偏光转化为线偏光的机理。根据分析的结果提出了一种利用光栅空间分布控制出射光偏振态分布的方法, 并使用该方法规设计了一类光栅区域呈多带环形分布的偏振器件。通过改变该型器件的环形光栅区域数量, 可以得到不同的偏振光束。通过对出射光束使用Richards-Wolf矢量衍射法进行数值分析, 得到了在大数值孔径条件下, 聚焦光束在焦点附近的归一化光强分布。其中大多数出射光束的焦点光强分布为平顶光斑, 光斑的最大径向半高全宽达到了1.541 λ。与同数值孔径下线偏光、径向偏振光及角向偏振光的聚焦光强分布具有明显区别。
亚波长光栅器件 圆柱型矢量光束 矢量衍射分析 平顶聚焦光强分布 subwavelength grating polarizers cylindrical vector beams vectorial diffraction analysis flattop focusing intensity distribution 红外与激光工程
2019, 48(3): 0302004
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
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
针对“脉冲源+传输线+感应腔”和“储能电容+固态开关+感应腔”两种常见的脉冲感应组元结构, 对相同感应腔的腔压波形进行了实验对比和理论分析, 推导出了不同组元结构下感应腔中磁芯回路电感量、匹配电阻阻值和感应脉冲幅度间的关系表达式, 分析对比了两种组元结构下感应腔电感量和电阻值变化对腔压平顶影响的程度和差异, 为低压重频脉冲感应加速组元的参数选择和优化提出建议和判据。
感应腔 脉冲感应组元 腔压平顶 感应脉冲 脉冲功率系统 induction cavity pulse induction module voltage flattop induction pulse pulse power system 强激光与粒子束
2016, 28(1): 015104
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
