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基于稳相法产生无衍射地毯光束.docx
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基于稳相法产生无衍射地毯光束.docx
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摘要
基于稳相法原理,构建一种新型无衍射地毯光束。首先,运用稳相法研究径向光栅经过轴
锥镜后的菲涅耳衍射,在稳相近似条件下,从理论上获得了一种具有无衍射传输特性的地
毯光束。然后,采用振幅型空间光调制器加载不同参数的径向光栅,并在空间光调制器后
安装相位调制元件(轴锥镜),经过菲涅耳衍射后,可以在轴锥镜后的一定传输距离内得
到一种新的无衍射地毯光束。最终发现,实验结果与理论模拟结果吻合得很好。
Abstract
On the basis of the stationary phase method, a new diffraction-free carpet beam is
generated. Specifically, the Fresnel diffraction of radial gratings after passing through the
axicon is investigated by the stationary phase method, and under the approximate
conditions of the stationary phase, a kind of carpet beams with the diffraction-free
transmission characteristics is theoretically obtained. Then, the amplitude-based spatial
light modulator (SLM) is adopted to load the radial gratings with different parameters, and
the phase modulation element (axicon) is installed behind SLM. Upon the Fresnel
diffraction, a new family of instances of diffraction-free carpet beams can be generated
within a certain transmission range behind the axicon. Finally, it is found that the
experimental results are in good agreement with the theoretical simulation results.
1 引言
1836 年,Talbot
[1]
用一束光穿过光栅,在近场距离中观察到了一种奇妙的衍射现象,即
自成像效应,也被称作 Talbot 效应。自成像是指平行光垂直通过周期光栅时,不需要使用
任何成像系统,但在光栅后一定传播距离处的平面上仍能观察到光栅像
[1-3]
。基于 Talbot
效应,Rasouli 等
[4-5]
在研究了二维周期结构的近场和远场的基础上,利用径向周期光栅
的平面波衍射,构建和产生了几种地毯光束
[6-10]
,这些地毯光束被认为是麦克斯韦方程在
圆柱坐标系中的一类直接解,这类解由半整数阶贝塞尔函数的线性组合确定,其表达式详
见文献[8]。地毯光束有着特殊的强度分布,可以由不同光栅辐条值和相位幅值进行调
制,生成可谐调二维光学晶格结构。值得注意的是,虽然基于径向光栅衍射产生的地毯光
束在传输过程中形状不变,但是它们在传输过程中,光束分布会缓慢扩张,也就是说过去
产生的地毯光束并非完全无衍射光束,只能将其视为一类形状不变的光束
[6-10]
。
贝塞尔光束是第一种有重要实用价值的无衍射光束
[11-15]
,可用稳相法来产生经典的无衍
射贝塞尔光束
[16-18]
。本文采用余弦径向光栅,运用稳相法原理,从理论上构建了一种具
有无衍射传输特性的地毯光束。然后,采用振幅型空间光调制器(SLM)加载不同参数的
径向光栅,SLM 后安装相位调制元件——轴锥镜,经菲涅耳衍射后,在轴锥镜后的一定传
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