[發明專利]一種振幅型分形螺旋波帶片

有效

• 申請號: 201710233325.8
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN106842399B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 臧華平;鄭程龍;吉子雯
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18
• 代理公司: 鄭州立格知識產權代理有限公司 41126
• 代理人: 李紅衛

本發明公開了一種振幅型分形螺旋波帶片，所述振幅型分形螺旋波帶片是對螺旋波帶片的幅角應用cantor集分形而得的一系列透光螺旋狀環帶，所述透光螺旋狀環帶的坐標滿足或者本發明通過在螺旋波帶片的基礎上，結合分形的自相似性，對其幅角應用cantor集分形得到的。相當于從幅角方向挑選出一系列具有自相似性的透明半波帶和不透明半波帶。與具有相同數值孔徑的普通螺旋波帶片相比，可以得到一系列帶狀的渦旋結構。通過調節N和S可以控制分形的周期，得到不同的分形螺旋波帶片。在極紫外光刻、微電力系統等研究領域具有廣泛的應用前景，并擴展了在可見光、極紫外、X射線等多個波段三維捕獲粒子的應用。

技術領域

本發明涉及衍射光學領域，具體涉及一種振幅型分形螺旋波帶片。

背景技術

由于奇點光學的快速發展，光學渦旋已經廣泛應用于粒子操作，例如光學鑷子和光學扳手。光學渦旋的相位奇異性允許被捕獲的粒子相對于被強聚焦光束捕獲的粒子有較小的損傷幾率并且有更好的隔離效果。此外，由具有多個阱的聚焦光束組成的光阱已經廣泛地應用于在三維空間中捕獲各種類型的粒子。近年來，由于其獨特的性質，X射線渦旋在粒子的選擇性控制中引起越來越多的關注。例如，使用渦旋光束作為光學扳手時是通過粒子對光子的吸收將角動量傳遞給粒子實現旋轉等操控的，由于材料對X射線的吸收在吸收邊附近最強，利用附加的自由度，可以實現對粒子的選擇性操控。例如，在8kev下，一個銅組件可以旋轉，而在同一個旋轉軌道中的鎢組分保持靜止。

螺旋波帶片也可用于產生光學渦旋。螺旋波帶片結合了徑向希爾伯特變換和菲涅爾波帶片的聚焦性質，可以產生單個渦旋焦點。此外，螺旋波帶片的二進制結構使其易于制作，并能夠廣泛應用于X射線、太赫茲、可見光等波段。然而，由于其焦深的限制，螺旋波帶片尚未廣泛應用于粒子操縱，嵌入的渦旋超過焦深后不能保持聚焦，螺旋波帶片產生的渦旋光束在聚焦面后很快發散。S.H.Tao提出了一種由螺旋相位調制的相位型分形波帶片，可產生一系列用于多平面光學捕獲的光學渦旋。可以使用望遠鏡壓縮具有多個渦旋的光束以實現3D光學捕獲，但這僅可用于可見光區域。

發明內容

本發明的目的是提供一種振幅型分形螺旋波帶片，在光軸上產生一系列帶狀的空心結構，有效地拉長軸向焦深。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種振幅型分形螺旋波帶片，所述振幅型分形螺旋波帶片是對螺旋波帶片的幅角應用cantor集分形而得的一系列透光螺旋狀環帶，所述透光螺旋狀環帶的坐標滿足或者

式中：p為拓撲荷，p＝1，2，3，……；r為環帶的極徑，λ為入射光波的波長；f為螺旋波帶片的焦距；為極角；q的取值為其中，M為螺旋波帶片的總周期數，表示cantor集第S階的第i個部分的起始位置，S為分形的階次，i取i＝1，2，……，2^S。

所述振幅型分形螺旋波帶片的透光螺旋狀環帶的尺寸在亞微米量級或微米量級。

所述振幅型分形螺旋波帶片適用于微波、紅外光、可見光、紫外光、X射線的各個電磁波段。

所述振幅型分形螺旋波帶片適用對可見光透明基底，或對可見光不透明基底。

在所述振幅型分形螺旋波帶片的透光螺旋狀環帶之間添加用于自支撐的加強筋。

只選取所述螺旋波帶片中幅角滿足cantor集分形中奇數段部分。

所述振幅型分形螺旋波帶片的擋光半波帶是透光螺旋狀環帶表面上的由額外厚度引起位相差的半波帶。

本發明中，所述的cantor集的產生過程為：零級(S＝0)是歸一化長度為1的條狀結構，按照cantor集的分布，在第一級(S＝1)時，條狀結構總共被分割成奇數段(2N-1)，刪除偶數段位置，奇數段位置保留而形成一個分布；然后在第一級剩下的N段中繼續按照這種分割與刪除，以此類推形成了cantor集合。