[發(fā)明專利]螺旋錐面光束的產(chǎn)生裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910095693.6
• 申請日: 2009-01-19
• 公開（公告）號: CN101520556A
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李勁松;高秀敏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量學(xué)院
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及光束產(chǎn)生裝置，特別是一種螺旋錐面光束產(chǎn)生裝置。主要應(yīng)用于光學(xué)微操縱及光與物質(zhì)相互作用等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光波包含頻率、位相、強度和偏振等方面的信息，光波波前的位相可以包含周期性結(jié)構(gòu)的位錯。在這種結(jié)構(gòu)中，等位相面具有螺旋形式，而且在波前中這種螺旋位錯結(jié)構(gòu)的存在要求位錯軸上的電場振幅為零。繞位錯軸旋轉(zhuǎn)一周光波的位相變化2mπ，m＝±1，±2……這里整數(shù)m為拓?fù)浜苫蛭诲e階。Nye?and?Berry(J.F.Nye，M.V.Berry，Proc.R.Soc.Lond.A?336(1974)165.)已經(jīng)詳細(xì)的研究了單色波的位錯和位相缺陷。在研究過程中發(fā)現(xiàn)了很多種波前位錯，比如螺旋位錯，邊緣位錯或者是混合型螺旋邊緣位錯。在光波中常研究的位相缺陷是螺旋位錯。光束中的螺旋位錯導(dǎo)致光束中心產(chǎn)生位相變異，結(jié)果光束會呈現(xiàn)環(huán)形強度剖面圖而依然保持螺旋位相結(jié)構(gòu)。這種光波的一個典型的例子就是LG光束。因為螺旋位相結(jié)構(gòu)，LG光束帶有位相畸變和軌道角動量。過去幾十年這種光束引起了人們廣泛的興趣。特別是在微粒的光學(xué)旋轉(zhuǎn)，光子的量子糾纏態(tài)，非線性光學(xué)和光漩渦相互作用等方面。1992年，Heckenberg等人在Opt.Lett.上報道了采用計算全息法產(chǎn)生TEM₀₁模式的面包圈型空心光束。2004年Berry(M.V.Berry，J.Opt.A?6(2004)254.)理論上分析了2πl(wèi)的位相奇變的光波的演變過程，其中l(wèi)可能是整數(shù)也可能是非整數(shù)。因為分?jǐn)?shù)位相階次2πl(wèi)是非整數(shù)，Berry做出了一個很重要的理論預(yù)期，那就是螺旋波可以是分?jǐn)?shù)位相階次和半整數(shù)值。近年來，帶有半整數(shù)拓?fù)浜傻奈诲e光束引起人們極大的興趣。通常采用螺旋位相板和離焦全息圖產(chǎn)生半整數(shù)拓?fù)浜傻墓馐Ｔ谙燃夹g(shù)中，有一種光束產(chǎn)生方法及其裝置，(參見L.V.Basisty，V.A.Pas_ko，V.V.Slyusar，M.Soskin，M.V.Vasnetsov，J.Opt.A?6(2004)S166.)，該裝置利用基于半整數(shù)螺旋位錯的計算機全息，產(chǎn)生了半整數(shù)拓?fù)浜傻膯紊夤馐?，具有相?dāng)?shù)膬?yōu)點，但是，仍然存在一些本質(zhì)不足，主要為產(chǎn)生光束有限，特別不能夠產(chǎn)生螺旋錐面光束，不能形成任意分?jǐn)?shù)位相階次，光能利用率低，應(yīng)用范圍有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題在于克服上述在先技術(shù)的不足，提供一種步驟簡單、光能利用率高、實現(xiàn)方便的螺旋錐面光束產(chǎn)生裝置。同時，具有可獲得任意徑向和方位角向的相互牽連的位相階次的螺旋錐面光束的本質(zhì)特點，可以具體的觀察到隨著光波位相階次變化的螺旋錐面光束的產(chǎn)生和演變過程。

本發(fā)明的基本構(gòu)思：

從光源激光器出射的光束經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后，出射的平行光通過偏振分束器后為線偏振光，經(jīng)過光軸方向與線偏振光的偏振方向成45°的四分之一波片后，形成圓偏振光，通過孔徑可調(diào)圓孔光欄調(diào)節(jié)光束的尺寸之后，入射到由計算機控制的反射型空間光調(diào)制器上，經(jīng)空間光調(diào)制器反射的反射光再次通過四分之一波片后，出射光束變?yōu)榫€偏振光，但光束的偏振方向與第一次入射到四分之一波片的線偏振光的偏振方向垂直，光束再次通過偏振分束器后，光可以完全反射，然后通過會聚透鏡，經(jīng)面陣光電傳感器由顯示器顯示，空間光調(diào)制器調(diào)控高斯光束形成螺旋相位因子與錐面相位因子疊加位相分布，產(chǎn)生螺旋錐面光束。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：

本發(fā)明提供一種螺旋錐面光束產(chǎn)生裝置，包括激光器、透鏡、小孔濾波器、準(zhǔn)直透鏡、偏振分束器、四分之一波片、孔徑可調(diào)圓孔光欄、空間光調(diào)制器、會聚透鏡、面陣光電傳感器、顯示器；透鏡、小孔濾波器、準(zhǔn)直透鏡、偏振分束器、四分之一波片、孔徑可調(diào)圓孔光欄、空間光調(diào)制器依次設(shè)置在激光器出射光束方向上；小孔濾波器設(shè)置在透鏡和準(zhǔn)直透鏡之間的頻譜面上，四分之一波片光軸方向與激光器出射光束偏振方向夾角為45°；激光器出射光束被空間光調(diào)制器反射后，再次經(jīng)過偏振分束器反射的反射光束方向上依次設(shè)置有會聚透鏡和面陣光電傳感器；顯示器與面陣光電傳感器相連接。

所述的空間光調(diào)制器為由計算機控制的液晶型相位調(diào)節(jié)器、可編程純相位調(diào)節(jié)器中的一種。

所述的空間光調(diào)制器為反射型的空間光調(diào)制器。