三次相位调制参数对艾里光束的影响

朱厚飞++董祥美++马振新++姜利平++王海凤

摘要：

从理论角度与实验角度研究了三次相位调制参数对艾里光束的影响。理论上分析说明三次相位对应的频谱为艾里光束，并引入三次相位调制参数a3以表征相位变化速率。实验上通过设定不同的三次相位调制参数，观察其对艾里光束的影响。结果表明，三次相位调制参数可以影响艾里光束的光瓣尺寸、光瓣间距以及能量分布等，并确定a3最佳值在2～4之间。

关键词：

三次相位调制参数； 艾里光束； 光瓣尺寸； 光瓣间距； 能量分布

中图分类号： O 436 文献标志码： A doi： 10.3969/j.issn.10055630.2016.01.006

The influence of cubic phase modulation parameter on Airy beam

ZHU Houfei， DONG Xiangmei， MA Zhenxin， JIANG Liping， WANG Haifeng

（School of OpticalElectrical and Computer Engineering， University of Shanghai

for Science and Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract：

In the paper， we theoretically and experimentally study the influence of cubic phase modulation parameter on Airy beam. In the theory， we demonstrate that the frequency spectrum induced by cubic phase is Airy beam. To represent the change rate of phase， we introduce the cubic phase modulation parameter a3. In the experiment， we observe the variation of Airy beam with different cubic phase modulation parameters. The results show that the parameter can regulate spot size of Airy beam， spot space and intensity distribution. And the optimum value of a3 is betweent 2 and 4.

Keywords： cubic phase modulation parameter； Airy beam； spot size； spot space； intensity distribution

引 言

1979年，Berry等从理论上证明描述自由粒子运动的薛定谔方程具有无衍射艾里光束解[1]。由于艾里光束具有横向加速特性[26]、无衍射特性[78]以及自修复特性[911]等，因此其在光学微操纵[1213]、等离子体引导[14]、粒子输运[15]等方面具有广泛应用。

2013年，Fan等研究了三次相位附加光栅相位时对产生的艾里光束的影响，并发现光栅相位调制参数g可以改变光束在横向场上的指向分布，但并不影响其横向加速轨迹[1617]。本文基于以上研究进一步讨论三次相位调制参数a3对产生的艾里光束的影响，并通过实验发现三次相位调制参数可以改变光束的光瓣尺寸、光瓣间距以及能量分布等物理量，并确定其最佳值。探讨三次相位调制参数对艾里光束的影响有助于加深对艾里光束的认识与理解，并实现对光束结构的控制，这在实际生活中有很多应用之处。

由此可见，艾里光束的光场分布受到三次相位调制参数a3的影响。……