[發(fā)明專利]一種具有任意初始發(fā)射角的艾里光束產(chǎn)生方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710469092.1
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號(hào): CN107422485A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任志君
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B27/09
• 分類號(hào): G02B27/09
• 代理公司: 杭州知瑞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司33271
• 代理人: 歐陽海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光束的傳輸、變換和調(diào)控技術(shù)，公開了一種產(chǎn)生具有任意初始發(fā)射角的艾里光束的產(chǎn)生方法。過去的研究表明，理論立方相位圖中心偏離傅立葉變換透鏡光軸，可以調(diào)控艾里加速光束的傳輸軌跡。根據(jù)偏離立方相位圖中心的位置決定艾里光束的初始發(fā)射角，可選取理論立方相位圖的局部區(qū)域，制作立方相位掩膜板，來產(chǎn)生具有初始發(fā)射角的艾里光束，來實(shí)現(xiàn)調(diào)控艾里光束傳輸軌跡的目的。

背景技術(shù)

艾里光束是一種新型無衍射光束。它的最大特點(diǎn)是，在傳播過程中能夠橫向加速，類似于彈丸在重力作用下的加速拋物彈道軌跡。沿彎曲軌跡傳輸?shù)募铀偬匦裕哂欣@過障礙物的能力，可應(yīng)用于粒子微觀操控等各種科學(xué)領(lǐng)域。不同的科學(xué)實(shí)驗(yàn)需要艾里光束沿不同的曲線軌跡傳輸。傳統(tǒng)的艾里光束產(chǎn)生方法是利用相位調(diào)制元件，即立方相位圖加載到空間光調(diào)制器中或者制作立方相位掩膜板對(duì)高斯光束進(jìn)行相位調(diào)制。

G.A.Siviloglou和Chen Z G等利用傅立葉變換透鏡、入射光束和空間光調(diào)制器之間中心偏離的辦法，給艾里光束引入初始發(fā)射角，實(shí)現(xiàn)對(duì)艾里光束傳輸軌跡的控制[Opt.Lett.,2010,35(13):2260；Opt. Lett.,2008,33(3):207]。該方法簡單而有效，但由于空間光調(diào)制器尺寸有限，引入的偏移量較小，這就大大限制了對(duì)艾里光束傳輸軌跡的調(diào)控范圍。

根據(jù)衍射理論及艾里函數(shù)的定義，通過艾里光束立方相位板的中心偏離傅立葉變換透鏡光軸的方法，利用全息打印技術(shù)制備大尺寸的相位掩模板，產(chǎn)生加速艾里光束并較大幅度地改變了艾里光束的初始發(fā)射角，實(shí)現(xiàn)大幅度調(diào)控艾里光束傳輸軌跡[中國激光,2017,44(8): 0805002]。該方法可以較大范圍調(diào)控艾里光束初始發(fā)射角，進(jìn)而控制艾里光束的傳輸軌跡，但需要制作足夠大尺寸的相位掩模板。顯然，有限尺寸的相位掩膜版不可能產(chǎn)生具有任意大初始發(fā)射角的艾里光束。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生具有任意初始發(fā)射角的加速艾里光束的產(chǎn)生方法。

平行光入射到立方相位掩模板，再經(jīng)傅立葉變換透鏡變換后得到艾里光束。利用立方相位掩膜板中心偏離光軸中心的方法，偏離距離越大，艾里光束的初始發(fā)射角變換幅度越大，艾里光束傳輸軌跡的調(diào)控范圍也越大。

根據(jù)上述原理，利用空間光調(diào)制器或相位掩膜板可產(chǎn)生傳輸軌跡可調(diào)控的艾里光束。傳統(tǒng)的相位調(diào)制元件——空間光調(diào)制器尺寸有限，以較為常用的Holoeye公司的空間光調(diào)制器(型號(hào)：PLUTO-VIS-016) 為例，SLM像素?cái)?shù)為1920×1080pixel，像元尺寸為8微米，SLM的調(diào)制范圍為15.36毫米×8.64毫米。因此利用空間光調(diào)制器不能引入大范圍的調(diào)控錯(cuò)位，控制初始發(fā)射角的范圍也有限。大尺寸的相位掩膜板也可以控制初始發(fā)射角，大幅度改變艾里光束傳輸軌跡，但大尺寸相位掩膜板加工制作成本高，太大尺度的相位掩膜版也無法高質(zhì)量的加工。

本發(fā)明利用相位掩膜板中心偏離光軸中心時(shí)，入射光照到的有效相圖只是立方相位圖的局部小區(qū)域。通過制作局部區(qū)域相圖，將立方相位局部相圖中心與傅里葉變換透鏡同軸，達(dá)到原立方相位掩膜板中心偏離光軸中心的同等效果。局部相圖位置的選擇決定原立方相位掩膜板中心與光軸中心錯(cuò)位的距離，與立方相位圖中心錯(cuò)位的距離越大，所得到的艾里光束傳輸軌跡的初始發(fā)射角就越大。由于加工相位掩膜板的相位分布，只是截取了理論計(jì)算的立方相位圖的局部區(qū)域，由于很容易可以計(jì)算任意大尺度的理論立方相位圖，因而，可以很容易的加工具有任意初始發(fā)射角的相位掩膜版。

利用局部相圖制作的相位掩膜版來產(chǎn)生艾里光束有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一是能產(chǎn)生具有任意初始發(fā)射角的艾里光束；二是實(shí)際加工的相位掩膜版的尺寸比整個(gè)理論計(jì)算的立方相位圖尺寸小得多，加工制作的成本低，也更便于加工。由于加工的是小尺度相位掩膜板，因此對(duì)加工方式及工藝，幾乎沒有特殊要求。

同樣地，利用空間光調(diào)制器加載局部相位圖可以得到同等的效果?？臻g光調(diào)制器加載局部相位，具有靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)效果：

利用改變相位掩膜板中心偏離傅立葉變換透鏡光軸的位置，可以產(chǎn)生具有初始發(fā)射角艾里光束的原理，選取理論立方相位分布的局部區(qū)域，用來制作相位掩膜板，來產(chǎn)生具有初始發(fā)射角的艾里光束。由于可以選取理論立方相位圖的任意區(qū)域制作相位掩膜板，因而可以產(chǎn)生具有任意初始發(fā)射角的艾里光束。

附圖說明

圖1從理論立方相位圖選取局部區(qū)域的示意圖。

圖2產(chǎn)生具有任意初始發(fā)射角的艾里光束實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。

具體實(shí)施方式