Author Affiliations
Abstract
1 Sun Yat-sen University, School of Electronics and Information Technology, State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, Guangzhou, China
2 École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Photonic Systems Laboratory, Lausanne, Switzerland
Shaping the light beam is always essential for laser technology and its applications. Among the shaping technologies, shaping the laser in its Fourier domain is a widely used and effective method, such as a pulse shaper, or a 4f system with a phase mask or an iris in between. Orbital angular momentum (OAM) modes spectrum, the Fourier transform of the light field in azimuth, provides a perspective for shaping the light. Here, we propose and experimentally demonstrate a shaping strategy for the azimuthal field by modulating the complex amplitude of the OAM mode spectrum. The scheme utilizes multi-plane light conversion technology and consists only of a spatial light modulator and a mirror. Multiple functions, including beam rotating, beam splitting/combining in azimuth, and OAM mode filtering, are demonstrated. Our work provides a compact and programmable solution for modulating the OAM mode spectrum and shaping beams in azimuth.
orbital angular momentum laser beam shaping multiplane light conversion structured light 
Advanced Photonics Nexus
2024, 3(2): 026001
作者单位
摘要
南京信息工程大学 物理与光电工程学院,江苏 南京 210044
激光光束整形技术在现代激光工业领域具有重要作用,为了克服传统激光光束整形自由曲面构造中存在法向矢量偏差的局限性,文中提出一种正交双向迭代的自由曲面设计方法。该方法基于能量守恒和斯涅尔定律建立光源与目标面的能量映射关系,通过正交方向坐标点迭代获得自由曲面数据点,同时利用相邻坐标点的均值进行曲面法向矢量修正,从而提高自由曲面的构造精度。设计实例表明,准直入射的激光光束经自由曲面整形反射镜,在特定目标区域内可形成高均匀度光斑。进一步从自由曲面的连续性、拟合精度与面形误差三个方面,与传统设计方法进行了详细对比分析。结果表明,所提设计方法得到的激光光束整形自由曲面连续性与平滑度更好,拟合精度更高;且在加工误差允许范围内,目标面的辐照度均匀性更稳定。
激光光束整形 自由曲面设计 正交双向迭代 法矢修正 laser beam shaping freeform surface design iteration in two orthogonal directions normal vector correction 
红外与激光工程
2023, 52(7): 20230299
马云聪 1梁兆恒 1凌琳 1郭元锴 1[ ... ]杨中民 1,2,**
作者单位
摘要
1 华南理工大学物理与光电学院,广东 广州 510610
2 华南师范大学未来技术研究院,广东 广州 510006
多维(多模)激光是突破单模激光技术瓶颈的重要途径,有望推动多学科交叉与创新发展。不同于传统的单模激光,多维激光具有光场结构复杂、可调控参数多等特点,其性能调控面临诸多挑战。近年来,随着人工智能的兴起,机器学习等智能调控技术被广泛用于光学系统性能的优化,推动了智能光学及相关学科的快速发展,为多维激光的智能调控提供了新思路。从激光谐振腔内部和外部调控两方面,介绍了智能调控技术在激光调控领域中的研究进展,并展望了智能调控多维激光技术在光学微操控、激光微加工和空间光通信等领域中的应用前景。
激光光学 激光束整形 光场调控 机器学习 多维度 
中国激光
2023, 50(11): 1101004
作者单位
摘要
1 江南大学理学院,江苏 无锡 214122
2 江苏省轻工光电工程技术研究中心,江苏 无锡 214122
利用泊松网格优化算法设计了激光束整形自由曲面透镜,通过4次迭代,目标面的网格分布就接近于最优分布。使用该最优的目标面网格,基于输入光束与输出光束之间的能量映射关系,计算自由曲面各采样点的法向矢量,基于泊松面形构建算法获得自由曲面矢高,从而构建自由曲面透镜。为了验证所提方法的可行性,针对正方形目标面和矩形目标面分别设计了自由曲面透镜,这两种透镜在目标面上的辐射照均匀度分别达到91%和93%。为了验证自由曲面的平滑性,使用一个6阶9项多项式进行拟合,拟合后的均方根误差达到1.394×10-3,表明所设计的自由曲面具有很高的平滑度。使用拟合数据建立自由曲面透镜,其目标面辐照均匀度几乎保持不变。采用随机统计分析方法对自由曲面透镜装配公差进行分析,结果表明在给定的公差范围,大部分样本的辐照均匀度保持在88%左右。
光学设计 激光束整形 自由曲面 泊松方程 网格优化 平滑度 
光学学报
2023, 43(8): 0822023
作者单位
摘要
1 泰山学院物理与电子工程学院, 山东 泰安 271021
2 南开大学现代光学研究所天津微尺度光信息科学技术重点实验室, 天津 300350
设计了一种用于产生多轴非对称结构光束的新型多轴非对称指数型锥器件,器件由非对称结构和多轴结构复合而成。利用理论计算、数值模拟和实验测量方法,验证了多轴非对称结构光束在传播过程中会产生多个焦点并且具有独特的能流特性。利用这一特性设计并开展了利用聚焦多轴非对称结构光束操控聚苯乙烯荧光微球的实验,结果表明,多轴非对称结构光束使得聚苯乙烯微球在被捕获过程中表现出“加速-减速-再加速”的运动规律,与模拟计算结果一致。多轴非对称指数型锥器件及其产生的多轴非对称结构光束在药物传输、微粒筛选等领域中有着重要的应用价值。
微纳光学 微光学元件 相位调制 激光光束整形 光学捕获 光学操纵 
中国激光
2021, 48(24): 2413001
Author Affiliations
Abstract
National Laboratory of Solid Microstructure and School of Physics, Nanjing University, Nanjing 210093, China
We develop a method for completely shaping optical vector beams with controllable amplitude, phase, and polarization gradients along three-dimensional freestyle trajectories. We design theoretically and demonstrate experimentally curvilinear Poincaré vector beams that exhibit high intensity gradients and accurate state of polarization prescribed along the beam trajectory.
laser beam shaping polarization diffraction 
Chinese Optics Letters
2021, 19(3): 032602
作者单位
摘要
1 鲁东大学物理与光电工程学院, 山东 烟台 264025
2 北京魔技纳米科技有限公司, 北京 102208
为了提高激光并行加工中多焦点阵列的均匀度及可操控性,基于物镜聚焦系统的矢量傅里叶变换特性,设计了一种矢量迭代优化相位算法。基于此算法,可以制备具有高均匀度的多焦点阵列,且阵列中每个焦点的空间位置可精确调控。数值模拟与实验结果表明,优化出的相位可以用来制备具有高均匀度的多焦点阵列。利用自主搭建的基于空间光调制器的飞秒激光加工系统,以金膜为例,验证了激光并行加工的可行性。实验结果表明,利用所提算法,可以实现具有任意排列结构的多焦点阵列的并行激光加工。利用动态加载相位图的方式,可以实现动态扫描加工。
激光技术 激光并行加工 光束整形 空间光调制器 计算全息 
光学学报
2020, 40(10): 1014004
潘红响 1,2,**苏宙平 1,2,*
作者单位
摘要
1 江南大学理学院, 江苏 无锡 214122
2 江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
设计了一种离轴双反射自由曲面激光整形系统,不仅可以使输出光束辐照度分布变均匀,而且可以控制输出波前和扩束率。通过设置两个约束条件和初始条件,获得自由曲面上相邻采样点之间的迭代关系,从而计算整个自由曲面上所有采样点。利用软件对系统进行验证,将16 mm×16 mm的方形高斯束分别整形为80 mm×80 mm的方形均匀光斑和120 mm×20 mm的矩形均匀光斑,出射光束均为准直光束。结果表明:方形光斑均匀度为90.74%,光束扩束率为5;矩形光斑均匀度为94.75%,水平方向扩束率为7.5,竖直方向扩束率为1.25。
激光整形 自由曲面 离轴反射 辐照度均匀性 
激光与光电子学进展
2020, 57(7): 070801
Author Affiliations
Abstract
Advanced Photonic Technology Laboratory, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210023, China
Experimental generation of stable mode-locked pulses and cylindrical vector beams (CVBs), from an all few-mode fiber (FMF) ring laser is first reported, to the best of our knowledge. In this laser, a section of few-mode erbium-doped fiber (FM-EDF) is used as the gain medium. The FM-EDF is pumped by 976 nm laser with LP11 mode, which is simultaneously converted and multiplexed through a homemade hybrid device, i.e., wavelength division multiplexing-mode selection coupler (WDM-MSC). All the components in our experiment are connected using FMF. The resulted CVB pulses have a spectral width of 0.33 nm with a repetition rate of 30.58 MHz under the pump power of 340 mW. Moreover, both azimuthally and radially polarized CVBs were achieved with a high purity of >95%. This mode-locked CVB fiber laser with an all FMF configuration opens the way to manipulate the transverse mode in mode-locked fiber lasers.
140.3300 Laser beam shaping 060.3510 Lasers, fiber 140.7090 Ultrafast lasers 
Chinese Optics Letters
2019, 17(12): 121405
作者单位
摘要
昆明理工大学激光信息处理技术与应用重点实验室, 云南 昆明 650500
针对几何映射理论不考虑衍射效应,无法得到精确的输出光束,且输出光束存在严重振铃效应的问题,提出一种设计衍射光学元件的新算法。设置一个用于反映衍射效应的参量,通过迭代的方法确定该参量的最佳取值,再用改进的Gerchberg-Saxton(GS)算法对初始相位进行修正,最终得到所需衍射光学元件的相位分布。该算法与传统GS算法相比,能有效抑制散斑和振铃效应,得到均匀性更好的输出光束。
衍射 激光束整形 Gerchberg-Saxton算法 几何映射理论 散斑抑制 
光学学报
2019, 39(11): 1105003

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