光场分布变换：利用多芯光纤改变光束轮廓的低成本方案
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在光场应用领域，对于光场分布的形状有着多样化的需求。例如，在一些特定场景中，需要的是平顶（Top Hat）或甜甜圈（Donut）等特殊形状的光场分布，而非常见的高斯分布。然而，传统用于改变光斑形状的技术往往存在一些问题，要么会导致较大的功率损耗，要么需要使用价格昂贵的特殊光学元件。
景颐光电一直致力于光场技术的研发与创新，在光束轮廓改变方面有着深入的研究。本实验将为您展示一种利用标准多芯光纤跳线改变光束轮廓的方法，这种方法不仅成本低廉，而且功率损耗较小。
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在光通过多芯光纤传播时，假设光都被约束在纤芯中以全内反射的方式进行传播，此时光包含两种不同类型的光线：一种是子午光线，它在传播过程中每次反射都会通过中心轴；另一种是斜光线，其传播路径不通过中心轴，而是以螺旋路径进行传播。通过改变入射角，我们能够对子午光线和斜光线的通量进行调整，从而逐步实现将高斯分布的光束转变为平顶或甜甜圈分布的光束。
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接下来，我们详细介绍一下实验设计。实验装置主要由激光源、单模光纤、准直 - 散射 - 聚焦光学元件组、多芯光纤、物镜、套筒透镜以及CCD相机等部分组成。激光首先通过单模光纤输出，然后经过准直 - 散射 - 聚焦光学元件组耦合到多芯光纤中。这里的多芯光纤在Ø1英寸接杆上卷绕五圈，其目的是为了有效消除包层模。之后，物镜和套筒透镜会将多芯光纤端面后5mm处的光束轮廓成像在CCD相机上，以便我们对光束轮廓进行观察和分析。
在实验过程中，我们将入射角分别设置为0度、11度和15度。当入射角为0度时，形成的是高斯强度分布的光束；当入射角为11度时，成功得到了平顶强度分布的光束，此时平顶光的输出功率为初始值的91%；当入射角继续增大到15度时，光束中心几乎没有光，形成了甜甜圈强度分布的光束，其输出功率为初始值的64%。并且，在每次改变入射角后，我们都会重新对准入射光纤，并使用功率计进行测量，以确保达到最佳的耦合效果。此外，在采集图像时，需要手动旋转散射片，这是因为旋转散射片能够有效消除空间相干性，从而形成清晰的光斑。如果不添加散射片或者不进行旋转操作，不同模式间的干涉将会在整体轮廓中产生散斑，影响实验结果的准确性。
值得注意的是，本实验所展示的是光纤端面后5mm处的光斑图像。对于平顶光束而言，在自由空间传播时，其强度轮廓会随着传播距离的增加而不断发生变化。
实验结果表明，使用多芯光纤来改变光束轮廓，将高斯光束转变为平顶或甜甜圈光束是一种有效的方法。这种方法具有价格便宜、功率损耗小等优势。景颐光电的相关技术在多个领域都有着广泛的应用前景，例如在高能光源传输、光谱搭建、光源采集、光学测温以及医学传感、激光治疗等领域。景颐光电设计生产的各种光纤，如抗紫外石英光纤、深紫外石英光纤、可见光玻璃石英光纤、近红外石英光纤、中红外石英光纤等，其专业化的光纤设计能够达到高通量的特点，并且可以与本公司的微型光谱仪、光纤光源及其他光谱配件进行良好配合，搭建出多种高效、准确的光谱测量系统，为各行业的发展提供有力的技术支持。
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如果您对本实验的详细报告感兴趣，欢迎您进一步查阅相关资料。同时，景颐光电也在不断探索和创新，为客户提供更多优质的光场解决方案。
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