[發(fā)明專利]一種基于雙光柵衍射產(chǎn)生規(guī)則渦旋光陣列的方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810129382.6
• 申請日: 2018-02-08
• 公開（公告）號: CN108333784B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫平;張新宇
• 申請（專利權(quán)）人: 山東師范大學(xué)
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

1.一種基于雙光柵衍射產(chǎn)生規(guī)則渦旋光陣列的方法，包括步驟如下：

S110.調(diào)節(jié)兩光柵的衍射距離獲得相位分布不同的渦旋光陣列；

S120.獲取不同距離和峰值的關(guān)系；

S130.產(chǎn)生高質(zhì)量渦旋光陣列的最佳衍射距離，進而得到規(guī)則渦旋光陣列；

其中，d為x軸和y軸方向上光柵條紋間距，

兩光柵分別為光柵A和光柵B，則光柵A和光柵B復(fù)振幅通過率分別為：

取光柵柵線在x軸和y軸方向上的空間頻率均為f₀，則

當平行光入射光柵A時，由光柵A的表達式則其空間頻譜為：

其中，f_x和f_y為光柵后觀察平面上x軸和y軸方向上的空間頻率；

則在位于光柵A后z處的觀察平面上觀察衍射光場，屬于菲涅爾衍射，其傳遞函數(shù)表示為：

其中，λ為入射光波的波長，z為光柵A與觀察面的距離，為波矢量；

z處光場分布的頻譜為：

則光柵衍射在泰伯距離處有衍射自成像的特征，其整數(shù)泰伯距離的表達式為

其中，l為自然數(shù)；

光柵A的整數(shù)倍泰伯距離為

則在光柵A的整數(shù)倍泰伯距離處，式(2)中的因子且式(3)變?yōu)椋?/p>

此處對式(5)做逆傅里葉變換，則可以得到光柵A在整數(shù)倍泰伯距離z_a處的光場復(fù)振幅分布為：

將光柵B放置在光柵A的整數(shù)倍泰伯距離z_a處，則光柵A的衍射光場透過光柵B，光柵B的衍射光場表示為：

此處對進行傅里葉變換得到并光波空間傳播考慮式(2)，則光柵B后z處的頻譜為：

此處對進行逆傅里葉變換，得到光柵B在其衍射距離z處的光場復(fù)振幅分布；

由式(4)，

當光柵B放置在其整數(shù)泰伯距離其光場復(fù)振幅分布為

當光柵B放置在光柵A的泰伯距離z_a處，而在光柵B的倍泰伯距離處觀察衍射光場，則其光場復(fù)振幅分布為

則上述兩種情況下對應(yīng)的光場強度分布為

光柵A在其衍射距離為1倍泰伯距離，光柵B在其衍射距離為1倍以及倍泰伯距離時，所產(chǎn)生的渦旋光陣列質(zhì)量最好。

2.一種基于如權(quán)利要求1所述的基于雙光柵衍射產(chǎn)生規(guī)則渦旋光陣列的方法運行的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

激光器，用于產(chǎn)生入射光波；

衰減片，所述衰減片用于對激光器產(chǎn)生的入射光波光強進行強度調(diào)節(jié)；

擴束鏡，所述擴束鏡用于對衰減后的入射光波進行擴束；

空間濾波器，所述空間濾波器用于對擴束后的入射光波進行濾波處理；

準直透鏡，所述準直透鏡用于對濾波處理后的入射光波進行準直；

第一空間光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器，所述第一空間光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器用于對準直后的入射光波進行調(diào)制；

CCD相機，所述CCD相機用于接收經(jīng)空間光調(diào)制器調(diào)制后的衍射光場。

3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，對第一空間光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器分別加載不同的振幅型光柵即光柵A和光柵B。

4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)運行方法為：將激光器產(chǎn)生的波長為λ的激光依次經(jīng)過衰減片、擴束鏡、空間濾波器以及準直透鏡后，依次垂直通過第一空間光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器，在第一空間光調(diào)制器和第二空間光調(diào)制器上加載不同的振幅型光柵即光柵A和光柵B；在第二空間光調(diào)制器后的一定距離處放置CCD相機觀察衍射成像，通過調(diào)節(jié)兩個空間光調(diào)制器的距離以及它們與CCD相機間的距離，獲得相位不同的渦旋光陣列，從而最終得到高質(zhì)量的規(guī)則渦旋光陣列。

5.權(quán)利要求1所述方法在制備高質(zhì)量規(guī)則渦旋光陣列中的應(yīng)用。

6.權(quán)利要求2-4任一項所述系統(tǒng)在制備高質(zhì)量規(guī)則渦旋光陣列中的應(yīng)用。