使用LED和多模光纤生成均匀空心光束

"该文提出了一种通过非相干单色发光二极管(LED)光源和多模光纤产生空心光束的新方法。研究发现，通过将LED光源以特定角度倾斜入射到大芯径多模光纤中，可以生成光斑均匀的空心光束。作者对光束在多模光纤内的传输特性以及空心光束的形成机制进行了深入分析，并使用Zemax软件创建了仿真模型进行验证。实验系统被构建以比较LED和激光作为光源产生的空心光束，结果显示，利用LED光源生成的空心光束具有更好的均匀性。这一成果对于光纤光学、空心光束的研究以及非相干光源的应用具有重要意义。" 文章详细介绍了利用非相干光源——发光二极管(LED)生成空心光束的技术。传统的空心光束通常由激光产生，而此研究则创新性地提出了利用非相干光源的方案，这降低了对昂贵激光器的依赖，可能为光束操控技术提供更加经济且实用的方法。LED光源因其成本低、稳定性好、易于驱动等优点，在许多应用中被广泛使用，但其非相干性质使得在光束成形方面存在挑战。通过倾斜耦合LED进入多模光纤，可以克服这些挑战，实现空心光束的高效生成。 文中分析了光束在多模光纤内部的传播过程，这涉及到光的模式混合和衍射现象。多模光纤的大芯径允许多种模式同时传播，当LED光以特定角度入射时，不同模式的光在光纤内相互作用，形成特定的空间分布，从而在光纤出口产生空心光束。这种空心光束的特点是中心区域光强较弱，形成“空心”效果，而在周边区域光强较强，这样的光束结构在一些光学应用中具有独特优势，如光陷阱、光镊和光学微腔等领域。 为了验证理论分析，研究人员使用Zemax软件进行了光学仿真，该软件是一种强大的光学设计和分析工具，能准确模拟光束在光纤中的传播和成形。此外，他们还搭建了实验系统，将LED光源与多模光纤结合，对比了与激光光源产生的空心光束，实验结果证明了LED光源的优越性，尤其是在光束均匀性方面。 这项研究揭示了非相干光源在空心光束生成方面的潜力，为空气介质光学应用提供了新的思路。通过优化耦合条件和光纤参数，未来可能进一步提升空心光束的质量，扩大其在光纤通信、光学传感、生物医学成像等多个领域的应用。