透镜球差对拉盖尔-高斯涡旋光束聚焦特性的影响及改善方法
作者:
作者单位:

(中央民族大学 理学院 光子系统工程软件教育部工程研究中心,北京 100081)

作者简介:

陈 笑 (1977-),女,博士,教授,硕士生导师,主要从事光通信器件及其系统集成方面的研究 。

通讯作者:

中图分类号:

基金项目:

国家自然科学基金(61975247)和国家重点研发计划(2021YFB3601404)资助项目


Effect of spherical aberration on focusing characteristics of Laguerre-Gaussian vortex beams and its improvement method
Author:
Affiliation:

(Engineering Research Center of Photonic Design Software Ministry of Education, College of Science, Minzu University of China, Beijing 100081, China)

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    摘要:

    涡旋光场调控对涡旋光在激光通信、生物操控等领域的应用研究具有重要意义。为了揭示透镜球差对拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)涡旋光束传输特性的影响,本文基于菲涅尔衍射理论,模拟研究了不同透镜球差系数下的LG光束聚焦场的强度、相位以及螺旋谱分布。结果表明:光学系统初级球差系数的增大恶化了LG光束聚焦场的强度分布和螺旋相位,弥散了轨道角动量(orbital angular momentum,OAM) 。由此,本文提出了一种光阑补偿方案,通过在透镜前添加大小合适的圆孔光阑,以消除透镜像差。光阑补偿后的LG光束聚焦场由星芒状空心分布恢复为空心圆环分布,OAM态保持单一稳定。本研究工作为改善透镜像差对涡旋光的传输影响提供了解决方案。

    Abstract:

    The modulation of vortex light field is essential for the application of vortex light in laser communication,biological manipulation and other fields.Based on Fresnel diffraction theory,we numerically simulate the intensity,phase and spiral spectrum distribution of Laguerre-Gaussian (LG) beams focus field with various lens spherical aberration coefficients in order to reveal the aberration effect on the propagation characteristic of LG vortex beams.The results show that the increase of the primary spherical aberration coefficient of the optical system deteriorates the intensity distribution and spiral phase of LG beam focus field,and disperses the orbital angular momentum (OAM).Therefore,the aperture compensation scheme is proposed,in which the lens aberration is eliminated by placing an appropriate-size circular aperture in front of a lens.After the aperture compensation,the focus field of the LG beam is restored from the star-shaped hollow distribution to the hollow ring distribution,and the OAM state remains single and stable.This work provides a method for improving the lens aberration on vortex light transmission effect.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

康琦,陈笑,王义全,蔡园园,王朝阳,史冰耀.透镜球差对拉盖尔-高斯涡旋光束聚焦特性的影响及改善方法[J].光电子激光,2024,35(8):874~879

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  • 收稿日期:2023-02-17
  • 最后修改日期:2023-05-06
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  • 在线发布日期: 2024-07-05
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