[發明專利]產生徑向貝塞爾-高斯光束的系統和方法

有效

• 申請號: 201210535243.6
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN102981277A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 王飛;吳高峰;劉顯龍;蔡陽健
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B27/28;G03H1/22
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

技術領域

本發明涉及一種用計算全息、消渦旋相位和偏振轉換的技術產生徑向偏振貝塞爾-高斯光束的系統和方法。

背景技術

近年來，空心光束作為激光導管、光學鑷子和光學扳手等工具廣泛應用于捕獲、操控微觀粒子的研究。貝塞爾光束是一類無衍射的空心光束。1986年，J.Durnin從波動方程中得了一個嚴格的解。這個解有一個非常奇特的現象，傳播過程中其光強等于初始光強，光強分布與他的傳播距離無關，隨著傳播距離的增加，光束不發散。也就是說得到的這樣的光束沒有衍射效應。由于它的特殊本性決定了貝塞爾光束表現出來一些其它現象，比如說自我修復的現象。當貝塞爾光束被障礙物體擋住了一部分時，它在傳輸過程中缺失的部分會慢慢的自我補償回來，從而保持與初始光斑一樣的形狀，這就是貝塞爾光束的自我修復現象。貝塞爾光束只是一個理想的數學模型，無法從實驗上產生。因為理想的高階貝塞爾光束攜帶了無窮大的能量，違反了能量守恒定律。但是，后來F.Gori提出了一個新的數學模型就是貝塞爾高斯光束。貝塞爾高斯光束是在貝塞爾光束上加一個高斯輪廓分布的調制，從而把它的能量限制到有限的范圍。這樣的光束可以很容易地從實驗上產生，而且它也具有貝塞爾光束的特性。

光的另外一個基本特性就是偏振性。科研中使用最多的光束通常是線偏振、圓偏振、橢圓偏振、非偏振等。近年來一種空間偏振分布非均勻的徑向偏振光束得到了極大的關注。較一般的線偏振光，它具有很多優點。2000年，美國羅切斯特大學光學研究中心K.S.Youngworth和T.G.Brown等人在Opt.Express上發表文章，理論上計算了徑向偏振光經過高數值孔徑物鏡聚焦后可以獲得強的非傳播縱向場分量，從而形成尖銳的焦點。還有它在其他方面的應用促使更多的科研工作者把經歷投向徑向光束的研究。2006年，日本東北大學的Sato等人利用C-切割晶體的雙折射性質，設計了特殊光諧振腔生成徑向偏振光，從而實現了直接從激光器里輸出徑向偏振光束。Vyas等人理論研究了聚焦的徑向偏振貝塞爾高斯光束在焦平面上的自我愈合特性。他們的研究表明徑向偏振貝塞爾高斯光束較標量的貝塞爾高斯光束的自我愈合能力強，自我愈合效果好。

徑向偏振光得到了大量的研究，不同的產生方法陸續被報道。但是他們產生的都是單環的空心徑向偏振光束。同時他們產生的徑向偏振光束不具有自我修復能力。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種產生徑向偏振貝塞爾-高斯光束的系統和方法，該方法可以通過產生不同的全息圖來產生不同環數的徑向偏振貝塞爾高斯光束，同時具有自我修復能力。

為了實現上述目的，本申請提供的技術方案如下：

一種產生徑向貝塞爾-高斯光束的系統，包括：

光源，產生線偏振光；

擴束器，對所述線偏振光進行擴束；

空間光調制器，接收所述擴束后的線偏振光并產生一階貝塞爾高斯光束；

渦旋相位板，消除所述貝塞爾高斯光束的渦旋相位；

徑向偏振轉換器，將消去渦旋相位的貝塞爾高斯光束轉換成徑向偏振光。

作為本發明的進一步改進，所述光源為氦氖激光器，產生豎直方向偏振的線偏振光。

作為本發明的進一步改進，還包括計算機，所述計算機生成的計算全息圖加載到所述空間光調制器上形成計算全息光柵，以產生1階的貝塞爾高斯光束。

作為本發明的進一步改進，所述渦旋相位板的拓撲荷為1。

相應地，本發明還公開了一種產生徑向貝塞爾-高斯光束的方法，包括：

s1、產生線偏振光；

s2、對所述線偏振光進行擴束；

s3、將擴束后的線偏振光轉換為一階貝塞爾高斯光束；

s4、消除所述貝塞爾高斯光束的渦旋相位；

s5、將消去渦旋相位的貝塞爾高斯光束轉換成徑向偏振光。

本發明還公開了一種產生徑向貝塞爾-高斯光束的方法，包括：

s1、產生一階貝塞爾高斯光束；

s2、消去一階貝塞爾高斯光束渦旋相位；

s3、將消去渦旋相位的貝塞爾高斯光束轉換成徑向偏振光。