[發(fā)明專利]一種軸向線聚焦螺旋波帶片

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510719311.8
• 申請(qǐng)日: 2015-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN105158834A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏來;范全平;陳勇;張強(qiáng)強(qiáng);晏卓陽;楊祖華;錢鳳;曹磊峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號(hào): G02B5/18
• 分類號(hào): G02B5/18
• 代理公司: 重慶百潤洪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50219
• 代理人: 劉立春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于衍射光學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種軸向線聚焦螺旋波帶片。

背景技術(shù)

奇點(diǎn)光學(xué)作為現(xiàn)代光學(xué)的一個(gè)重要分支，近年來發(fā)展迅速。在位相奇點(diǎn)處，光波場(chǎng)的位相變得不確定，場(chǎng)的振幅為0。光學(xué)渦旋是一種特殊的光場(chǎng)，具有螺旋型波前及軌道角動(dòng)量等特征，光束中心存在相位奇點(diǎn)，具有暗空心結(jié)構(gòu)，已成為近年來學(xué)術(shù)界的熱門研究課題。國內(nèi)外學(xué)者提出了諸如幾何模式轉(zhuǎn)換、全息圖、螺旋相位板/波帶片、液晶空間光調(diào)制等方法產(chǎn)生光學(xué)渦旋，在微粒子操控、引導(dǎo)、原子俘獲、激光通信、邊緣增強(qiáng)成像等多個(gè)方面展現(xiàn)出了誘人的應(yīng)用前景。特別的，在X射線領(lǐng)域，考慮到渦旋光束作為光學(xué)扳手是通過粒子對(duì)光子的吸收而將其角動(dòng)量傳遞給粒子實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)等操控，由于材料對(duì)X射線的吸收在吸收邊附近最強(qiáng)，利用這一特性，在微電力系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)粒子的選擇性操控。

螺旋波帶片是一種簡單有效的產(chǎn)生渦旋場(chǎng)的方式，這種波帶片結(jié)合了光學(xué)希爾伯特變換和菲涅爾波帶片聚焦的特點(diǎn)，在焦點(diǎn)處形成一個(gè)渦旋場(chǎng)；由于螺旋波帶片是二值化結(jié)構(gòu)，因此可以廣泛應(yīng)用到微波、太赫茲、紅外光、可見光、紫外光、X射線等各個(gè)電磁波段。目前已經(jīng)應(yīng)用于微粒子操縱、顯微成像、天文學(xué)等領(lǐng)域。

然而，對(duì)微粒子大尺度、長時(shí)間的操縱囚禁希望渦旋光場(chǎng)具有小聚焦光斑和軸向線聚焦的特點(diǎn)。然而對(duì)常規(guī)的聚焦系統(tǒng)來說，軸向線聚焦和小聚焦光斑存在矛盾關(guān)系，即小的聚焦光斑需要較大的數(shù)值孔徑，而軸向尺寸大的焦點(diǎn)需要較小的數(shù)值孔徑。因此，在數(shù)值孔徑一定的情況下，如何有效增大螺旋波帶片的軸向焦點(diǎn)尺寸是一個(gè)非常重要的技術(shù)問題。但目前尚沒有產(chǎn)生軸向線聚焦渦旋光場(chǎng)的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種軸向線聚焦螺旋波帶片，旨在在數(shù)值孔徑一定的情況下，有效增大螺旋波帶片的軸向焦點(diǎn)尺寸。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種軸向線聚焦螺旋波帶片由一系列非連續(xù)的螺旋形透光環(huán)帶和擋光環(huán)帶交替排列構(gòu)成；環(huán)帶的極角在每個(gè)周期內(nèi)從2nπ到2(n+1)π連續(xù)變化(n＝0,1,2,3……)；每個(gè)周期內(nèi)的透光螺旋狀環(huán)帶坐標(biāo)滿足或者

其中m為周期數(shù)，m＝1,2,3……，p為拓?fù)浜桑琾＝1,2,3……；r為環(huán)帶的極徑，λ為入射光波的波長，f_m為每個(gè)周期對(duì)應(yīng)的焦距。在不同的周期內(nèi)，調(diào)節(jié)f_m為不同的值，覆蓋一定的焦距范圍[f_min,f_max]；每個(gè)周期的焦距f_m滿足fm=fmin+fmax-fminM-1(m-1),]]>或者fm=fmax-fmax-fminM-1(m-1),]]>M為波帶片總的周期。這樣構(gòu)造的波帶片在極角的位置處有明顯的環(huán)帶錯(cuò)位，并不是一個(gè)整體的連續(xù)螺旋結(jié)構(gòu)。