[發(fā)明專利]一種實(shí)現(xiàn)平頂焦點(diǎn)的光束調(diào)控方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710540059.3
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107193128B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王家園;蔡宗祺;程方君
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

一種實(shí)現(xiàn)平頂焦點(diǎn)的光束調(diào)控方法，涉及光束調(diào)控。調(diào)制方法：將入射的圓柱對稱性光束作調(diào)制，調(diào)制后，第i個環(huán)帶內(nèi)矢量光的偏振方向與徑向之間的夾角為φ_i；焦點(diǎn)附近的場分布按公式計算；優(yōu)化算法：對于N個環(huán)，需要優(yōu)化；若將透鏡的孔徑也作為參數(shù)，則需要對θ₁,θ₂,…,θ_N,和φ₁,φ₂,…,φ_N共2N個參數(shù)需要優(yōu)化，采用一種基于模擬退化算法和粒子群算法的混合全局優(yōu)化算法來在約束條件下確定各參數(shù)，獲得盡可能大的平頂焦點(diǎn)。在入射光瞳上將入射光束劃分為若干個同心圓環(huán)帶，通過全局?jǐn)?shù)值優(yōu)化算法來確定：(1)各環(huán)帶的起始和終止角度；(2)各環(huán)帶內(nèi)的偏振方向。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光束調(diào)控，尤其是涉及一種實(shí)現(xiàn)平頂焦點(diǎn)的光束調(diào)控方法。

背景技術(shù)

具有平頂形態(tài)(flat-top)的光束焦點(diǎn)強(qiáng)度分布(區(qū)別于一般的高斯分布)在材料加工、信息處理、粒子捕獲以及光刻方面都有重要應(yīng)用[1][2]。另一方面，在大數(shù)值孔徑下聚焦，通常的標(biāo)量波近似不再成立，必須考慮光的偏振態(tài)。

柱對稱矢量光束(Cylindrical vector beams)是指偏振態(tài)分布相對于光軸具有旋轉(zhuǎn)對稱性的一類光束，例如徑向偏振光束(radial-polarized mode)或旋向偏振光束(azimuthal-polarized mode)。根據(jù)矢量光場理論，當(dāng)一束具有柱對稱性的矢量光束經(jīng)消球差透鏡聚焦時，焦點(diǎn)附近的光場分布可按如下公式計算[3]：

其中，是柱坐標(biāo)系下三個正交方向的電場分量；常數(shù)A為入射光束的振幅；k＝2π/λ是波數(shù)，這里λ是入射光的波長；φ₀為入射矢量光場的偏振方向與徑向之間的夾角；θ_max為從焦點(diǎn)處到透鏡邊緣的最大孔徑角；l(θ)描述了入射光束沿徑向(r方向)的強(qiáng)度分布，由入射光的模式?jīng)Q定。則焦點(diǎn)處的總光強(qiáng)由柱對稱性|E|²只是r的函數(shù)。

參見文獻(xiàn)：

[1]H.Chen and K.C.Toussaint,“Application of flat-top focus to 2Dtrapping of large particles,”O(jiān)ptics Express,22(6)6653(2014).

[2]C.Chang,L.Cramer,D.Danielson,and J.Norby,“Beam uniformity of flattop lasers,”Proc.SPIE 9343,93430U(2015).

[3]Q.Zhan,“Cylindrical vector beams:from mathematical concepts toapplications,”Advances in Optics and Photonics,1,1-57(2009).

[4]Q.Zhan and J.R.Leger,“Focus shaping using cylindrical vectorbeams,”O(jiān)ptics Express,10(7)324(2002).

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供可對任意給定數(shù)值孔徑的消球差透鏡實(shí)現(xiàn)盡可能大的平頂形態(tài)聚焦光斑的一種實(shí)現(xiàn)平頂焦點(diǎn)的光束調(diào)控方法。

本發(fā)明包括以下步驟：

1)調(diào)制方法：將入射的圓柱對稱性光束作如下調(diào)制，即光束波前劃分成N個同心圓環(huán)帶，各環(huán)帶起始孔徑角為θ_i-1和終止孔徑角為θ_i，其中，i＝1,2,…,N是環(huán)帶序數(shù)；調(diào)制后，第i個環(huán)帶內(nèi)矢量光的偏振方向與徑向之間的夾角為φ_i，由公式(1)：