无衍射艾里光束的横向自加速特性

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1、无衍射艾里光束的横向自加速特性吴云龙，孙晓泉，聂劲松（国防科技大学脉冲功率激光技术国家重点实验室，安徽合肥230037）摘要：无衍射艾里光束的横向自加速特性使得光束在自由空间沿弯曲路径进行传输成为可能。利用一维傍轴波动方程对新型无衍射艾里光束的横向自加速特性进行了仿真研究。研究表明，当入射波长一定时，艾里光束的横向加速度大小与传播距离呈正比关系，而与任意横向尺度的大小呈反比关系。同时，利用波印廷矢量对艾里光束横向自加速的内在机理进行了研究。最后，利用通用型液晶空间光调制器对二维艾里光束的产生和横向自加速特性进行了实验研究，所得结果与仿真计算结果取得了较好的一致性。关

2、键词：艾里光束，横向自加速，液晶空间光调制器中图分类号：TN95文献标志码：A　　　文章编号：Studyonthetransverseaccelerationpropertyofnon-diffractingAirybeamWUYunlong,SUNXiaoquan,NIEjinsong(StateKeyLaboratoryofPulsedPowerLaserTechnology,NationalUniversityofDefenseTechnology,Hefei230037,China)Abstract:Thetransverseaccelerationprop

3、ertyofAirybeamsmakesitpossibleforbeamstopropagatealongcurvedtrajectoriesinfreespace.Thetransverseaccelerationpropagationpropertyofone-dimensionalandtwo-dimensionalAirybeamsisstudiedbyutilizingtheparaxialwaveequationwhichdecidesthepropagationcharacteristicsofone-dimensionalAirybeaminfre

4、espace.ThesimulationresultsshowthatthetransverseaccelerationofAirybeamisrelevanttothepropagationdistanceandarbitrarytransversescalewhenthewavelengthkeepsinvariant.Thetransverseaccelerationwillbecomelargerwhenthepropagationdistancebecomeslongerandthetransversescalebecomessmaller.ThePoyn

5、tingvectorisutilizedtoanalyzethemechanismofacceleratingpropertyofAirybeams.Moreover,thetwo-dimensionalfiniteAirybeamisgeneratedbyutilizingtheuniversalliquidcrystalspatiallightmodulator,andtheexperimentalstudyonthetransverseaccelerationpropertyofAirybeamisalsocarriedout.Theexperimentalr

6、esultscoincidewellwiththesimulationresults.Keywords:Airybeam,transverseacceleration,liquidcrystalspatiallightmodulator1979年，Berry和Balazs首先在理论上证明了艾里波包解的存在。同时，Berry和Balazs还说明了该波包解具有一些非常新奇的特性，如无衍射以及自加速等。但是，理想的艾里波包具有无限大能量，这在物理上是无法被实现的，因此这一成果并没有得到研究人员的广泛关注[1]。直到2007年，Siviloglou等人对这一理论进行了深入的

7、研究，并发现被“截趾”的艾里函数同样满足一维傍轴波动方程[2]。同一年，该团队在理论研究的基础上首次实验产生了艾里光束，并在实验中观察到艾里光束具有无衍射和自加速的奇异特性[3]，这一成果迅速引起学者们的极大兴趣。目前，各国学者的关注点主要集中在艾里光束的产生[4-8]，特殊型艾里光束的传输特性[9-13]，艾里光束传输轨迹的控制[14-16]等方面。在艾里光束三种奇异特性中，横向自加速特性无疑最能引起广大学者的关注和兴趣。该特性使得艾里光束在微粒的定向操控[17]、具有弯曲轨迹传播的光子弹的产生[18,19]等领域具有巨大的潜在应用价值。本文采用理论仿真与实验