产生长距离Mathieu光束的方法

冯聪， 张鹫， 吴逢铁， 王硕琛

(1. 华侨大学 信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021;2. 华侨大学 福建省光传输与变换重点实验室， 福建 厦门 361021)

产生长距离Mathieu光束的方法

冯聪1,2， 张鹫1,2， 吴逢铁1,2， 王硕琛1,2

(1. 华侨大学 信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021;2. 华侨大学 福建省光传输与变换重点实验室， 福建 厦门 361021)

设计一套提高Mathieu光束无衍射距离的光学系统,并进行数值模拟.根据传统的方法，利用轴棱锥聚焦椭圆高斯振幅调制的平面波产生Mathieu光束；同时,基于凹透镜对光束的发散特性，将其放置在轴棱锥的前方，使Mathieu光束的无衍射距离得到提高.使用Mathcad软件进行模拟，并将新系统与传统方法对比.结果表明：利用凹透镜系统，可以得到无衍射距离大、质量较高的Mathieu光束. 关键词： Mathieu光束； 凹透镜； 光学系统； 光路优化

无衍射光束的概念是由Durnin等[1]在1987年首次提出，这是一种在自由空间传播过程中横向光场分布不随传播距离发生变化且光场能量集中的光束.由于光束具有无衍射和自重建的特性成为国内外学者研究的热点[2-3]，被广泛应用在激光成像[4]、光学微操作[5]和安全质量检测[6]等领域.事实上，Durnin提出的无衍射Bessel光束只是无衍射光束家族中的一员[7]，是自由空间波动方程在圆柱坐标下的一组特解.2005年，Gutierrezvega等[8]提出自由空间的标量波动方程能在直角坐标系、圆柱坐标系、椭圆坐标系和抛物线坐标系4组坐标系下进行分离变量求得无衍射解，分别对应Cosine光束、Bessel光束、Mathieu光束和Parabolic光束.目前，对Bessel光束的研究较多，而……