Airy光纤及其光学特性研究

The purpose of this project is to invention a novel Airy optical fiber and developing its fabrication methodology. This kind special designed two-dimensional microstructured fiber consists of a cladding and one array or two orthogonal array or multi circularly array optical waveguide cores. The cores distribution in cross section of the fiber is satisfied or approximately satisfied Airy function. The three characteristics of Airy beam are inherited or partially inherited for the output optical beam from the specialty designed two-dimensional microstructured optical fiber end, i.e. the ability of beam accelerating, beam diffraction-free and self healing when the beam has been turbulent in the way of propagation. There are many unique features of the Airy beam generator by using the Airy fiber, such as small size, easy handling, stable and strong anti-jamming capability. Therefore, it have a great scientific significant to investigate the Airy fiber and using the Airy fiber to develop a novel Airy beam generation method. The Airy fiber will be play an important role in the Airy beam component fabrication, Airy beam propagation investigation, Airy beam coherence technology and Airy beam application for small particles manipulation.

本项目拟开展Airy光纤特性及其制备方法研究，这种特殊设计的二维微结构光纤由包层、一组或多组阵列光波导纤芯构成，每一组阵列纤芯的空间排布满足或近似满足Airy函数，并且总会存在某一长度的Airy光纤，当向光纤一端输入高斯光束时，通过纤芯之间的光耦合，光纤另一端每一组阵列纤芯的出射光束的光强分布都满足或近似满足于Airy光束的光强分布。这种特殊的二维微结构光纤在纤端出射的光束继承或部分继承了Airy光束的三大特性，即光束具有横向加速、无衍射和自愈能力。这种基于特种二维微结构光纤的光学器件整体上具有结构微小、操作灵活、系统稳定和抗干扰能力强等特点。因此开展Airy光纤的研究，对于开拓Airy光束生成的新方法、Airy光束制备的新器件、Airy光学干涉与传输特性研究以及微粒操控等微光学领域具有十分重要的学术研究价值和广泛的应用前景。

本项目开展了Airy光纤特性及其制备方法研究，这种特殊设计的二维微结构光纤由包层、一组或多组阵列光波导纤芯构成，每一组阵列纤芯的空间排布满足或近似满足Airy函数，并且总会存在某一长度的Airy光纤，当向光纤一端输入高斯光束时，通过纤芯之间的光耦合，光纤另一端每一组阵列纤芯的出射光束的光强分布都满足或近似满足于Airy光束的光强分布。这种特殊的二维微结构光纤在纤端出射的光束继承或部分继承了Airy光束的三大特性，即光束具有横向加速、无衍射和自愈能力。这种基于特种二维微结构光纤的光学器件整体上具有结构微小、操作灵活、系统稳定和抗干扰能力强等特点。因此开展Airy光纤的研究，对于开拓Airy光束生成的新方法、Airy光束制备的新器件、Airy光学干涉与传输特性研究以及微粒操控等微光学领域具有十分重要的学术研究价值和广泛的应用前景。. 有限能量Airy光束可以采用高斯光束通过立方相位的调制，再经过傅里叶透镜实现。本项目研究过程中，我们构建了三种新型Airy光纤：（1）一维多芯阵列Airy微结构光纤；（2）二维正交阵列多芯微结构光纤和（3）环形芯同轴多芯阵列Airy微结构光纤。通过纤芯之间横向耦合方法，使得横向耦合过程的相位变化等效于立方相位调制，同时使其强度变化等效于傅里叶透镜变换。通过这样等效的物理过程，来达到构造并生成Airy光束的目的。在此基础上，我们建立了二维微结构Airy光纤的制备方法与横向耦合相位变换分析理论，阐释了在Airy光纤中，高斯光束和Airy光束之间光场相互转换的物理机制，开拓了Airy光束生成的新方法，所构造的Airy光束制备的新器件可用于微光学系统中，该方法也可用于微粒和细胞操控等生物学和医学等应用领域。