[發(fā)明專利]基于膠片振幅調(diào)制和錐鏡相位調(diào)制產(chǎn)生Mathieu光束的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810314144.2
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108594444B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任志君;吳瓊;劉士陽
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

基于膠片振幅調(diào)制和錐鏡相位調(diào)制產(chǎn)生Mathieu光束的方法，是一種精確、高效地產(chǎn)生一簇?zé)o衍射Mathieu光束的方法。該方法基于角向Mathieu函數(shù)的定義，首先構(gòu)造具有角向Mathieu函數(shù)分布的振幅分布灰度圖，再將灰度圖顏色黑白反轉(zhuǎn)，用膠片輸出儀打印在高分辨率膠片上，打印好的膠片經(jīng)曝光處理后，得到具有角向Mathieu函數(shù)分布的振幅調(diào)制膠片。將制作的膠片緊貼錐鏡入瞳面放置，入射的平行光束經(jīng)膠片調(diào)制振幅、錐鏡調(diào)制相位后，在錐鏡后產(chǎn)生Mathieu光束。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡單，可以方便、精確地產(chǎn)生Mathieu光束。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)光束的產(chǎn)生、調(diào)控及變換技術(shù)，是一種利用膠片和錐鏡精確產(chǎn)生Mathieu光束的方法。

背景技術(shù)

很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)，比如光與物質(zhì)相互作用，需要形態(tài)穩(wěn)定不變的光束。但衍射是最普遍的光學(xué)現(xiàn)象。光束傳輸過程中的衍射效應(yīng)，導(dǎo)致光束展寬及形變。為克服光波的衍射，近年來引入和產(chǎn)生的無衍射結(jié)構(gòu)光束，是構(gòu)建傳輸不變光束的一種重要手段。無衍射結(jié)構(gòu)光束是波動方程的特解，這類光束的一個(gè)共同特點(diǎn)是，光束分布與傳輸距離無關(guān)。因此無衍射結(jié)構(gòu)光束能在光與物質(zhì)相互作用的許多研究方面，發(fā)揮著特殊的作用。1987年，在自由空間產(chǎn)生的第一種具有實(shí)用價(jià)值的無衍射光束是Bessel光束。

在實(shí)際的科學(xué)研究中，不同類型的科學(xué)實(shí)驗(yàn)需要不同光學(xué)形態(tài)的無衍射光束。通過激光調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光束分布及其光束拓?fù)涮匦缘亩鄻踊羌す饧夹g(shù)的一個(gè)重要研究方向。2000年，在橢圓柱坐標(biāo)下，通過求解波動方程，人們找到了一種新的傳輸不變解——Mathieu函數(shù)解[Opt.Lett.25(20)，1493(2000)]。這表明，滿足Mathieu函數(shù)分布的光束，也是一種無衍射光束。相對于Bessel光束，Mathieu光束的光學(xué)形態(tài)更為豐富(事實(shí)上，Bessel光束只是Mathieu光束的一個(gè)特例)，但實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生也復(fù)雜的多。

在無衍射Mathieu光束的產(chǎn)生方面，Marcelino Anguiano-Morales等利用錐鏡和有一定張角的透明扇形相結(jié)合，產(chǎn)生了光學(xué)形態(tài)接近Mathieu函數(shù)的近似Mathieu光束[Opt.Commun.281，401(2008)]。但近似Mathieu光束，并不具有理想的無衍射傳輸特性。

在實(shí)際的使用中，唯有精確產(chǎn)生Mathieu光束，才能將其更好地用于實(shí)際的科學(xué)研究。利用Durnin裝置，可以精確地產(chǎn)生Mathieu光束，見引文[Opt.Commun.222，75(2003)]和[光學(xué)學(xué)報(bào)，37(2)：0205002(2017)]。但因?yàn)镈urnin裝置只能利用透射圓環(huán)部分的少量光能量產(chǎn)生Mathieu光束，對光能的利用率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種高效、精確產(chǎn)生Mathieu光束的方法。通過具有角向Mathieu函數(shù)振幅分布的膠片作為振幅調(diào)制元件，合并錐鏡的相位調(diào)制特性產(chǎn)生Mathieu光束。

本發(fā)明利用膠片輸出儀(型號：Propalette 8000)制作具有角向Mathieu函數(shù)振幅分布的振幅調(diào)制元件。首先通過角向Mathieu函數(shù)，計(jì)算得到具有角向Mathieu函數(shù)的振幅分布灰度圖，再將灰度圖顏色黑白反轉(zhuǎn)，用膠片輸出儀打印在高分辨率感光膠片上。打印好的膠片經(jīng)過照相底片沖洗工藝，得到振幅調(diào)制元件——振幅調(diào)制膠片。

膠片制作好后，將膠片緊貼錐鏡入射面固定，入射平行光經(jīng)膠片振幅調(diào)制和錐鏡相位調(diào)制后，經(jīng)菲涅爾衍射后產(chǎn)生Mathieu光束。

本發(fā)明產(chǎn)生Mathieu光束的理論過程如下：