竞争非局域介质中光束调控

非局域空间孤子具有低功率、类似粒子的弹性碰撞特性,因此在光信息处理和光连接领域具有潜在应用。为了获得光束传输的有效控制方法,数值计算了亮孤子及亮孤子对由非局域介质进入竞争非局域介质后的传输行为。发现,非局域亮孤子进入竞争非局域介质后以呼吸子的形式传输。非局域偶极孤子进入竞争非局域介质后分裂成两个独立传输的亮孤子。反位相非局域亮孤子组成的震荡束缚态进入竞争非局域介质后的传输行为与界面(非局域介质与竞争非局域介质的交界)位置有关。当界面选到节点(非局域孤子间距离取最小值的点)附近时,震荡束缚态分裂成两个独立的孤子;界面选到其它位置时,震荡束缚态以准束缚态形式传输。该发现为光的传输与控制提供了新的方法。

自由曲面光束调控Monge-Ampère方法研究进展

自由曲面具有灵活的面形结构,用于光束调控可获得高性能、轻小型的系统,可创造新的结构形式和实现新的光束调控功能。自由曲面光束调控是一个根据输入和目标反求光学自由曲面的逆问题。Monge-Ampère(MA)方法基于理想光源近似,将自由曲面光束调控逆问题转化成一个带有非线性边界条件的MA方程。MA方法无需预先给定光线落点位置,而是通过控制曲面的高斯曲率分布来实现对光传输的高效灵活调控,被认为是当前最有效的可自动满足曲面连续性可积条件的自由曲面设计方法。对MA方法的研究进展进行了概述,详细介绍了自由曲面光束强度调控模型,以及自由曲面光束强度和波前同时调控模型的构建过程与求解方法,并通过三个设计实例充分展示了各类光束调控模型的有效性和MA方法的优势。

非垂轴观测平面上自由曲面光束强度与波前调控(特邀)

自由曲面光束强度与波前调控旨在借助多个自由曲面实现对光束强度与波前两个属性的精准调控,然而这一调控工作通常要求观测平面垂直于光轴,导致系统光路布局受限。针对这一问题,文中提出了一种可实现灵活光路布局的自由曲面光束强度与波前调控方法。首先设定一个垂直于光轴的虚拟观测平面,并建立目标离轴观测平面上的特定照明分布和该垂轴虚拟观测平面上相应照明分布之间的映射关系。结合斯涅耳定律、局部能量守恒定律和光程守恒约束,建立针对垂轴虚拟平面的带有非线性边界条件的光束调控Monge-Ampère(MA)方程,之后采用有限差分法求解该垂轴布局光束调控模型,进而得到非垂轴观测平面上自由曲面光束强度与波前调控的数值解。采用该方法设计了一个用于调控点光源光束强度与波前的自由曲面透镜,借助蒙特卡洛光线追迹,验证了该方法在非垂轴观测平面上自由曲面光束强度与波前调控中的有效性。

高稳定激光脉冲波形精密调控技术研究与应用

提出了基于激光脉冲波形精密调控和能量稳定性控制的双回路同步闭环设计方法,进而在任意波形发生器与预放大系统输出处建立脉冲波形闭环控制系统,在保偏大模场光纤放大器和再生放大器间建立能量稳定性闭环系统。依托大口径高通量实验平台,实现了激光脉冲波形的快速高稳定精密调控,脉冲波形闭环精度优于2%(RMS),脉冲能量稳定性优于5%(PV)。该技术成功应用到物理实验正式发射中,常规整形脉冲波形的功率准确度优于2%,相关结果有力支撑了ICF激光驱动器激光参数精密调控设计。

基于填充液晶的金属狭缝阵列结构对光束的调控

利用表面等离子体调控光束传输,在微纳集成光学及光通信领域有广泛应用。提出了一种狭缝中填充液晶的金属微纳阵列结构理论设计。利用表面等离子体传输效应,通过设定狭缝宽度、外加电场改变液晶的方位角控制相位延迟等参数,设计不同新颖效果的金属微纳光学透镜。利用时域有限差分(FDTD)法对三狭缝、六狭缝及五狭缝阵列结构进行数值模拟表明,上述结构分别实现光束偏转、光分束及光聚焦效果。偏转角、分束角及焦点位置随着狭缝宽度及方位角的改变而变化,从而实现对光束的调控作用。设计结构简单,可以通过电子束刻蚀系统等实验设备加工,具有较好的应用前景。

3D打印衍射元件的高分辨太赫兹计算机辅助层析成像研究(特邀)

提出了一种由三维打印技术制作的用于0.3 THz波束调控的二元相位型衍射透镜,可产生轴向焦深为25 mm、腰斑直径为1 mm的太赫兹聚焦波束。将该聚焦波束应用于连续太赫兹波计算机辅助层析成像,不仅将成像分辨率提高到1.5 mm,而且由于扩大了系统景深,提高了成像保真度。这类利用三维打印技术制作的二元衍射元件可有效应用于低频太赫兹波段的光束调控,为太赫兹成像系统的性能优化以及聚焦元件的设计制备提供一种有效途径。

环形艾里振幅调控及其对湍流传播特性的优化

利用环形艾里振幅调制部分相干光(PCB),解决PCB的光束扩散问题,并研究了艾里函数尺度因子、截断孔径和相干长度对光束自聚焦距离和聚焦强度的影响,以及部分相干环形艾里光束在湍流环境中的闪烁指数。研究结果表明:通过调制环形艾里振幅可以控制PCB的聚焦距离,并在保留PCB对抗湍流影响、减轻光强闪烁的同时减少光束发散,聚焦点处光强闪烁较原本PCB得到进一步降低。

基于V形纳米天线的平面透镜设计与制备

传统透镜由于其体积大、性能差等因素的制约,使其在微纳光学系统中的应用遇到挑战。金属纳米结构能够耦合自由光波产生表面等离子体激元,通过控制表面等离子体激元来实现对入射光波的调控。V形等离子体纳米天线凭借其双共振效应以及0~2π的全相位调谐范围,使其在可以实现光束调控的金属纳米结构中脱颖而出。首先基于V形纳米天线设计了可以在34μm处高效聚焦的超透镜;接着利用聚焦电子束和光刻工艺制备样品;最后对样品进行表征分析与光学检测。这些工作将促进V形纳米天线在激光直写、光学集成方面的应用。

超短涡旋脉冲产生方法研究进展

涡旋光束具有携带轨道角动量的独特性质,在光学操纵、光学通信、量子光学等领域具有广阔的应用前景。将时域调控技术与涡旋光束相结合产生超短涡旋脉冲,对于极端强场条件下的物理实验研究以及超快非线性光谱、精密激光材料的加工等领域的研究具有重要意义。对近年来国内外超短涡旋脉冲产生方法的研究进展进行了调研,综述了超短涡旋脉冲的主要产生方法,并对各个方法的优势与不足进行了对比分析。

具有中红外光通道的生物探针的制备及性能

提出一种基于空芯光纤,兼具导电和中远红外传光性能的生物探针,实现波长5~10μm处光的低损耗传输。采用环烯烃聚合物(COP)对探针前端进行水密封,并对封口工艺进行设计和优化。采用波长5.1μm的光源测得长度为20 cm、内径/外径(ID/OD)为0.7 mm/1.5 mm探针的损耗为1.38 dB。通过控制封口工艺,制备不同形状的COP封口窗片,实现对输出光束的调控。通过测量不同形状封口窗片的输出光斑,分析探针的焦距及光束远场发散角,为神经科学研究和生物医学应用提供更多的途径和手段。