[發明專利]一種振幅調制器件產生橢圓渦旋光的方法

有效

• 申請號: 201710897228.9
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107515470B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 杜麗萍
• 申請（專利權）人: 上海霖邁實業有限公司
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B27/00
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• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種振幅調制器件產生橢圓渦旋光的方法，此方法的特征在于通過仿螺旋線生成一類新型的振幅型光子篩，用于指定平面上橢圓渦旋光的產生。此類振幅型光子篩包括透明介質基底、不透光金屬薄膜和螺旋狀篩孔結構，其特征在于在傳統波帶片結構上引入仿螺旋線，小孔沿螺旋線排列，生成振幅型仿螺旋光子篩，不需要額外的光學元件，就可以實現渦旋光束產生。這種方法涉及的振幅型光子篩易于加工和復制，可以應用于光通訊、超分辨成像、激光精密加工、微粒操縱、數據儲存和遙感等領域，且從X射線到太赫茲波段都適用。

技術領域

本發明涉及衍射光學領域，具體涉及一種振幅型仿螺旋光子篩。

背景技術

所謂渦旋光束即具有連續螺旋相位的光束，換句話說，光束的波陣面既不是平面，也不是球面，而是像旋渦狀，具有奇異性。渦旋光束具有柱對稱的傳播性質，此種光束的渦旋中心是一個暗核，在此光強消，其在傳播過程中也保持中心光強為零。渦旋光束的相位波前呈螺旋形分布，所以波矢量有方位項，且其繞著渦旋中心旋轉。而正是因為這個旋轉，使光波攜帶了軌道角動量。

國內中國科學院上海光學精密機械研究所李建郎首次發表了基于空心光束泵浦的微片激光器中直接輸出渦旋光束的研究。出現了很多產生方法，但大多數都是只是針對某一種特定的渦旋光束而設計的，在實際使用過程中往往會受限制。所以，近幾年開始將重點集中于任意渦旋光束產生方法的研究，如國內南京大學和山東師范大學結合液晶空間光調制器構成共光路干涉儀裝置，實現了任意渦旋光束的產生，但是這種共光路干涉儀裝置結構復雜，對光路中光學元件的位置精度要求非常高，所需的衍射光學元件不易獲得，成本高。

相位型的光學元件，例如SLM像素尺寸在3.5-20μm，分辨率不夠。隨著波長越來越短，相位型光學元件因加工工藝限制，就不能再繼續使用，而因為振幅器件沒有波長限制，所以振幅器件用來解決短波問題。在光學微控領域，渦旋光可以作為光學鑷子(光鉗)，光學扳手和原子電動機等，這些都可以用于操控某些微觀粒子(包括中性原子或分子等)，但是傳統渦旋是圓形的，各向同性，目前還沒有見到有關橢圓渦旋光的相關報道，橢圓渦旋光可能在光壓方面有更多潛在的應用。

綜上，如何采用較為簡單的辦法和裝置實現任意離心率的橢圓渦旋光束，同時還能保證光束質量，同時可以用全振幅調制來實現短波段渦旋光。這仍然是一個亟待解決的問題。

發明內容

1.發明目的：

本發明為了解決如何實現任意離心率的橢圓渦旋光束，同時還能保證光束質量，同時可以用全振幅調制來實現短波段渦旋光的問題，提出一種振幅調制器件產生橢圓渦旋光的方法。2.技術方案：

一種振幅調制器件產生橢圓渦旋光的方法，該方法采用振幅型仿螺旋光子篩產生橢圓渦旋光，所述振幅型仿螺旋光子篩包括透明介質基底、不透光金屬薄膜和螺旋狀篩孔結構，所述透明介質基底上設有所述不透光金屬薄膜，所述螺旋狀篩孔結構設在所述不透光金屬薄膜上，其特征在于所述螺旋狀篩孔結構包括一系列小孔，所述小孔沿螺旋線排列，所述螺旋線的公式為：

其中，m表示螺旋線的圈數，m≥0，m可以取小數，2πm表示從螺旋線的起點開始旋轉的總角度，R_2πm表示旋轉總角度為2πm時，螺旋線上該點到螺旋線中心的距離，R_2πm隨著旋轉總角度2πm變化而連續變化。

r₁的取值如下：

其中λ是設計波長，f是參考焦距。

優選地，所述小孔為所述金屬薄膜上的通孔。

優選地，所述透明介質基底呈平板形狀。

優選地，所述振幅型仿螺旋光子篩適用微波、太赫茲波、紅外光、可見光、紫外光、X射線各個電磁波段。

優選地，所述振幅型仿螺旋光子篩適用對可見光透明的透明介質基底。