Aplikasi modulator cahaya spasial pikeun lampu vortex komposit

Latar

Fenomena vorteks katingal dina kahirupan, sapertos vortex bak mandi anu lumangsung nalika ngocorkeun cai, gugah vortex anu pisah tina kapal nalika ngarambat, puting beliung, angin topan, sareng sirkulasi sagara. Lampu Vortex (mawa moméntum sudut orbital, OAM) munggaran kapanggih jeung dilarapkeun utamana dina widang élmu optik, nyaéta, generasi vortex foton jeung vortex beams, sarta konsép vortex beam munggaran diajukeun ku Coullet dkk. taun 1989. Taun 1922, L. Allen dkk. sacara téoritis ngabuktikeun ayana OAM dina balok vortex, anu ngadorong lapangan kana payuneun dunya.

Dibandingkeun sareng lampu vortex cincin tunggal tradisional, lampu vortex komposit (COV) mangrupikeun médan lampu komposit anu digabungkeun ku sababaraha lampu vortex, sahingga gaduh sipat anu langkung rumit sareng rupa-rupa, anu ngamungkinkeun poténsi aplikasi anu langkung beragam dina widang anu béda.

Contona, dina manipulasi partikel, lampu vortex komposit bisa ngahasilkeun balok cahaya kalayan moméntum sudut orbital béda, sahingga pikeun manipulasi partikel leuwih kompleks; dina komunikasi optik, lampu vortex komposit bisa ngirimkeun informasi leuwih dina jalur optik sarua, nu mangrupa significance gede pikeun perluasan terus kapasitas komunikasi optik.

Salaku salah sahiji cara mainstream pikeun modulate widang optik, modulators lampu spasial loba dipaké dina sagala rupa widang alatan betah operasi maranéhanana jeung kamampuhan pikeun ngahasilkeun épék Imaging alus, sarta pamakéan modulators lampu spasial pikeun ngahasilkeun lampu vortex boga prospek aplikasi lega dina duanana komunikasi optik jeung manipulasi partikel.

Abstrak

Pusaran optik nyaéta sinar kalayan gelombang hareup fase hélik sareng moméntum sudut orbital (OAM) anu tiasa mawa nomer muatan topologis anu béda. Kamajuan panganyarna dina panalungtikan vortex beam geus revolutionized aplikasi beam kayaning manipulasi optik canggih, komunikasi optik-kapasitas tinggi, sarta pencitraan super-resolusi. Teu aya ragu yén generasi vortex beam sareng metode deteksi penting pisan pikeun aplikasi vortex beam.

Prinsip generasi

Métode generasi dumasar kana cahaya spasial utamana ngawengku métode plat fase spiral, métode modulator lampu spasial, métode grating holographic, sarta metoda lénsa kolom. Diantarana, modulator cahaya spasial nyaéta alat optoeléktronik anu sacara spatial tiasa ngamodulasi sababaraha atanapi sadaya inpormasi fisik sapertos amplitudo, fase, sareng kaayaan polarisasi gelombang cahaya.

Ngagunakeun éfék éléktro-optik kristal cair, modulator lampu spasial bisa direalisasikeun pikeun modulate amplitudo jeung fase gelombang cahaya kajadian, ku kituna gelombang cahaya nyadar transformasi wavefront. Modulator cahaya spasial tiasa dianggo pikeun ngamuat hologram pikeun ngabentuk lampu vortex, atanapi sacara opsional pikeun input inpormasi fase tina piring fase hélik.

Balok Vortex pakait sareng nomer muatan topologis anu béda (gambar tina pangukuran di-imah)

Realisasi ékspérimén

Dina percobaan ieu, laser anu dipilih pikeun dianggo nyaéta laser He-Ne kalayan panjang gelombang 632,8 nm. jalur optik eksperimen ditémbongkeun dina gambar di handap ieu. Laser mimiti ngaliwatan sistem panyebaran sinar collimated pikeun ngabentuk médan lampu deukeut-datar-luhur format badag, lajeng ngaliwatan polarizer a saméméh ngahontal modulator lampu spasial, dimana tameng lampu disimpen langsung di hareup modulator lampu spasial.

Lampu laser ngahontal modulator cahaya spasial saatos modulasi inténsitas cahaya ku topéng. Saatos modulasi fase, laser ieu reflected ka polarizer sejen, sarta hasil eksperimen bisa dititénan sanggeus polarizer ieu. Di dieu, sabab wewengkon Imaging tina modulator lampu spasial nyaeta 15.36mm × 8.64mm, nu loba nu leuwih gede dibandingkeun wewengkon panarimaan gambar tina CCD nu, gambar ditampi ku CCD ngaliwatan sistem 4f.

Alat ékspérimén

The modulator lampu spasial dipaké dina percobaan ieu urang FSLM-2K70-P02, sarta parameter utamina nyaéta kieu:

Hasilna

(a)-(d) nunjukkeun sebaran inténsitas cahaya anu dihasilkeun nalika muatan topologis masing-masing 2,5, -5,10.

Angka (a) (b) nunjukkeun dua nuansa plat fase spiral annular (ASPP) kalayan rubak cincin anu sami tapi radius anu béda sareng pusat opak. The r1, r2 tina dua nyaéta 1.2mm, 2.4mm; 2.4mm, 3.6mm, masing-masing.

Angka (c) (d) nunjukkeun gambar anu dicandak ku netepkeun muatan topologis modulator cahaya spasial ka 2 sareng nempatkeun masker lampu anu béda di hareup modulator cahaya spasial. Angka (e) (f) nunjukkeun gambar anu dititénan saatos netepkeun nomer muatan topologis ka 10.

Gbr. (a) nembongkeun nuansa alat generasi lampu vortex komposit.

Gambar (b) nembongkeun sebaran inténsitas cahaya anu dihasilkeun nalika muatan topologis jero jeung luar masing-masing 1 jeung 3.

Gbr. (c) nembongkeun sebaran inténsitas lampu lamun jumlah muatan topological konstan jeung strip opaque dipiceun.

Gambar (d) nunjukkeun distribusi inténsitas cahaya saatos muatan topologis dijaga konstan sareng jalurna diganti ku anu transparan.

Angka (e) sareng (f) nunjukkeun sebaran inténsitas cahaya anu dihasilkeun nalika muatan topologis internal sareng éksternal 5,1; 20,1, masing-masing.

kacindekan

Modulasi inténsitas cahaya sareng fase diwujudkeun ku ngagabungkeun topéng cahaya sareng modulator lampu spasial tipe fase, sareng kamampuan alat generasi lampu vortex komposit pikeun ngahasilkeun COV sareng ciri-cirina diverifikasi sacara ékspériméntal, kitu ogé karakteristik plat fase spiral (SPP), sareng plat fase spiral annular (ASPP) dina ngahasilkeun lampu vortex.

Alat generasi lampu vortex komposit dirancang dina makalah ieu bisa ngabentuk sajumlah cingcin concentric nurutkeun sarat pamakéan. Lampu vortex komposit ieu bakal ngagaduhan rupa-rupa aplikasi dina widang komunikasi optik sareng manipulasi partikel.