1 江苏科技大学 理学院, 江苏 镇江 212000
2 浙江省光电探测材料及器件重点实验室, 浙江 宁波 315211
3 宁波大学 高等技术研究院, 浙江 宁波 315211
相较于单涡旋光束，涡旋阵列光束能够扩充信息的传输容量，研究其传输特性对其光通信应用具有重要意义。本文选取阶数为n的螺旋因斯-高斯(HIGn,n)模式，采用海上大气折射率变换的功率谱，模拟海面大气湍流。基于相位屏法研究了一维阵列涡旋光束在海面大气湍流中光强、相位、闪烁因子和质心漂移的变化情况。结果表明：（1）HIGn,n模式的闪烁因子和质心漂移标准差随湍流强度以及大气湍流内尺度的增加而增加；（2）n为奇数的HIGn,n模式的闪烁因子随着阶数的增大而减小，且高于n为偶数的HIGn,n模式；（3）阶数n>1的HIGn,n模式比LG0,1模式具有更好的稳定性；（4）阶数越高，HIGn,n模式的质心漂移标准差越小。其次，选取线性阵列涡旋光束（LAVBs）进行对比，研究得出虽然LAVBs比HIG光束具有更好的传输性能，但由于HIG光束具有独特的结构，故可适用于不同的应用场景。最后，分析了椭圆参量和椭圆环数对HIG模式传输的影响，结果表明适当地增大椭圆参量或椭圆环数有助于提高HIG模式的抗湍流能力。本文研究结果对涡旋光束的海上应用具有指导意义。
大气光学 螺旋因斯高斯模式 阵列涡旋光束 闪烁因子 湍流 atmospheric optics helical ince-gaussian mode array vortex beam scintillation index turbulence
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津大学光电信息技术教育部重点实验室，天津 300072
3 东南大学成贤学院，江苏 南京 210088
利用不同阶拉盖尔-高斯（LG）模式激光具有不同光束尺寸的特性，在激光谐振腔内使用短焦距透镜引入球差，使各阶LG模式激光的空间光路发生分离，从而实现对高阶横模的选择并产生高阶LG模式涡旋激光输出。通过对高阶LG模式激光的聚焦特性和透镜球差进行分析计算，给出了高阶LG0，±m模式涡旋激光的角向指数（m）随谐振腔参数变化的理论模型。搭建端面泵浦的1064 nm Nd∶YVO4激光器开展了实验研究，在2.06 W泵浦功率下获得了角向指数可便捷调控且m最高可达到280的超高阶LG0，±m涡旋激光输出。实验产生的超高阶涡旋激光具有良好的功率和模式稳定性，模式变化规律与理论计算结果相符。通过增加泵浦功率或优化泵浦交叠以提高激光增益，理论上可以产生任意高阶的涡旋激光输出。研究结果为超高阶LG模式涡旋激光的产生提供了参考。
激光光学 拉盖尔-高斯模式 涡旋激光 模式选择 高阶横模 球差 中国激光
2023, 50(11): 1101021
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津
2 光电信息技术教育部重点实验室天津大学, 天津
3 天津津航技术物理研究所, 天津
基于腔内球差选模方法在端面泵浦的 Nd:YVO4激光器中实现了能够对角向指数 m进行便捷选择的高阶 LG模式激光输出, 从 LG模式光斑半径和能量分布的角度对实验现象进行解释, 分析发现不同模式间球差引起的实际焦点偏离是实现单一 LG模式运转的关键, 而单一模式自身球差产生的损耗决定了该模式是否能够起振。根据理论分析, 分别通过使用长焦距透镜减小球差以降低高阶模式的损耗和增加泵浦功率以提高增益, 实现了角向指数 m最高达到 ±95的超高阶 LG模式输出; 通过使用短焦距透镜增大球差来加强对光斑较小的低阶模式的区分度, 实现了径向指数 p>0的 LG模式输出。
拉盖尔高斯模式 固体激光器 模式选择 球差 Laguerre-Gaussian mode solid-state laser mode selection spherical aberration
中国电子科技集团公司 第十二研究所，北京 100015
根据几何光学和耦合波理论研究高功率回旋振荡管高阶模式在微扰圆波导中的准光传输特性，并编制出带有微扰结构辐射器准光模式变换系统的仿真程序，给出140 GHz回旋振荡管Denisov辐射器的设计方法及结果，分析其内部激励起的各模式的功率分布曲线和波导壁上的电流密度分布，得到扰动长度为60 mm，总长度为136.5 mm的Denisov辐射器结构，输出功率转换效率为99.1%，可满足140 GHz整管参数设计要求。并利用Feko软件对数值计算结果的可行性进行了有效验证，从而为热核聚变用回旋振荡管的研制打下技术基础。
140 GHz回旋振荡管 准光模式变换器 高斯模式 140 GHz gyrotron oscillator quasi-optical mode converters Gaussian mode 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(5): 761
1 河南科技大学物理工程学院, 河南 洛阳 471023
2 河南省光电储能材料与应用重点实验室, 河南 洛阳 471023
3 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
4 广东工业大学物理与光电工程学院, 广东 广州 510006
5 大恒新纪元科技股份有限公司北京光电研究所, 北京 100085
基于特定参数下的因斯高斯Ince-Gaussian(IG)光束的奇偶模式线性叠加,提出了一种每个光瓣均为“V”字形的光束模式(VIG模式)。通过实验与数值模拟对所提VIG模式进行分析研究,结果发现VIG模式的“V”字形光瓣个数为其阶数的两倍。通过给奇偶模式施加一个初始相位差可以自由调控“V”字形光瓣连续分离为一大一小两个光瓣,并且可以对调两个光瓣的空间位置。通过力场分析发现,VIG模式有望应用于细胞分选。通过两个偶模一个奇模阶数比为1∶3∶2进行叠加,可以生成三个分支的VIG模式。
物理光学 因斯高斯模式 空间模式分布 力场分析
中国电子科技集团公司 第12研究所 微波电真空器件国家级重点实验室, 北京 100015
根据热核聚变用140 GHz回旋振荡管研制需要, 对高斯模式输出窗进行研究。以化学气相沉积金刚石作为输出窗片的材料, 通过理论分析, 优化设计出低反射、低吸收高斯模式输出窗片的尺寸, 获得窗片半径和厚度分别为46 mm和1.8 mm。通过理论分析各参数对高斯模式透射率的影响, 并利用FEKO软件进行计算验证, 获得高斯模式输出窗设计参数, 从而为热核聚变用回旋振荡管的研究打下技术基础。
回旋振荡管 高斯模式 输出窗 化学气相沉积金刚石 gyrotron oscillator Gaussian mode output windows Chemical Vapour Deposition diamond 太赫兹科学与电子信息学报
2017, 15(4): 534
1 河南科技大学物理工程学院, 河南 洛阳 471023
2 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
3 广东工业大学物理与光电工程学院, 广东 广州 510006
提出了一种基于奇偶模初始相位差因子调控的新型Ince-Gaussian(IG)光束, 即PIG(Ince-Gaussian beam with phase difference)光束。对传统IG光束偶模施加具有初始相位差φ的e指数相位因子, 将偶模与奇模进行线性叠加后得到了PIG光束。在其他参数相同的条件下, 重点研究了初始相位差调控因子对PIG光束空间模式的调控特性。数值模拟和实验结果表明: 当参数φ在0到π区间上连续取值时, 可实现正负涡旋PIG光束的连续变换; 当φ=π/2时, 中间状态涡旋消失; 调节φ使其为π的整数倍, 可以实现正负涡旋模式的跳变切换; 当调节φ为π的半整数倍时, 该光束可实现光瓣在椭圆轨迹上的精确位移控制。PIG光束为微粒操纵及光束微雕刻等领域提供了额外的调控自由度。
物理光学 光学涡旋 因斯-高斯模式 自由调控技术 微粒操纵
华中科技大学 光学与电子信息学院, 武汉 430074
为了解决产生拉盖尔-高斯模式光束较难的问题, 采用二进制振幅全息图方法, 基于空间光调制器, 产生了拉盖尔-高斯光束, 进行了理论分析和实验验证。推导了高斯光束到拉盖尔-高斯光束傅里叶变换的传递函数, 通过对拉盖尔-高斯模拟图的修正, 得出了可以用于空间光调制器的二进制全息图; 搭建了基于4f系统的实验平台, 取得了不同阶数的拉盖尔-高斯模式输出,并在实验中对产生的拉盖尔-高斯光束进行了检测。结果表明,此套装置搭建及操作简便, 且可实现动态可控的光束输出, 对于产生高阶涡旋光束以及因斯-高斯模式都有重要意义。
信息光学 拉盖尔-高斯模式 二进制全息图法 空间光调制器 information optics Laguerre-Gaussian model binary hologram method spatial light modulator
山西大学光电研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室, 山西 太原 030006
本文主要对高阶厄米高斯模式的倾角测量进行了理论分析,提出了利用高阶厄米高斯模式可以进一步提高倾角测量的方案,并对不同模式进行倾角测量的精度进行了对比。计算结果表明,采用的模式的阶数越高,倾角测量的精度越高,这一结果为进一步提高倾角测量实验提供理论依据。
高阶厄米高斯模式 倾角测量 平衡零拍探测 最小可测倾角 high-order Hermite-Gauss mode tilt measurement Homodyne detection minimum measurable tilt
西北核技术研究所, 激光与物质相互作用国家重点实验室, 西安 710024
氧碘化学激光器运行过程中会将氯气、碘蒸气等有毒有害物质排入大气, 对工作场所空气质量和人员健康存在安全隐患。采用点源扩散的高斯模式, 建立了小风条件下氧碘化学激光器废气的扩散模型, 结合工作场地人员分布情况, 计算得到激光器废气排放后15 min内, 距地面1.5 m高度、距排放点500 m范围内废气中有毒成分氯气和碘的质量浓度空间分布。根据质量浓度空间分布情况, 选取采样点, 以Na2SO3溶液作为吸收液对氯气和碘进行了同时采样, 并采取离子色谱测量了吸收液中氯离子和碘离子的质量浓度。结果表明: 氧碘化学激光器废气排入大气后, 氯气质量浓度最高为0.200 mg/m3, 碘蒸气质量浓度小于检测方法的检出限0.030 mg/m3, 低于国家职业卫生标准规定的最高容许质量浓度限值1 mg/m3。
氧碘化学激光器 高斯模式 氯气 碘蒸气 chemical oxygen-iodine laser Gauss mode chlorine iodine 强激光与粒子束
2016, 28(7): 071003
