[發(fā)明專利]一種大范圍高精度移動圓艾里光束自聚焦點的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010091010.6
• 申請日: 2020-02-13
• 公開（公告）號: CN111273451B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 壽倩;陳志超;周卓弘
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02F1/01;G02F1/13;G02F1/133
• 代理公司: 廣州容大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44326
• 代理人: 潘素云

1.一種大范圍高精度移動圓艾里光束自聚焦點的裝置，其特征在于，包括激光器、起偏器、第一透鏡、第二透鏡、空間光調(diào)制器、平面反射鏡、第三透鏡以及電荷耦合器；

激光器輸出基模高斯光，經(jīng)過起偏器起偏后，由第一透鏡、第二透鏡組成的4f系統(tǒng)來擴束，使入射到空間光調(diào)制器時占滿液晶屏，在空間光調(diào)制器上加載圓艾里光束的頻譜信息，并通過平移頻譜來達到對圓艾里光束自聚焦點的二維平面的操控；經(jīng)過空間光調(diào)制器調(diào)制、平面反射鏡反射后，再經(jīng)過第三透鏡傅里葉變換之后，在焦平面得到圓艾里光束，在其自聚焦位置用電荷耦合器觀測到二維位移后的自聚焦點；

通過平移頻譜來達到對圓艾里光束自聚焦點的二維平面的操控具體為：

當圓艾里光束的空域上添加傾斜相位因子使圓艾里光束產(chǎn)生傾斜從而實現(xiàn)自聚焦點的x方向移動；當添加傾斜相位因子使圓艾里光束產(chǎn)生傾斜從而實現(xiàn)自聚焦點的y方向移動；其中k_x＝a/w₀，k_y＝a/w₀，i為虛數(shù)，x為水平坐標，y為垂直坐標，w₀是光束的束寬，a為決定傾斜度的系數(shù)；控制移動頻譜間接控制空域來達到添加傾斜相位因子的目的，根據(jù)傅里葉變化的平移性質(zhì)，當空域加載相位項時，相應(yīng)的頻域變化就是平移，也就是頻域平移了k_x或k_y，平移的最小尺寸也就是空間光調(diào)制器的像素大小；通過透鏡焦距的不同，改變在焦平面初始圓艾里光束的傾斜角度，根據(jù)傾斜角度的不同，以及圓艾里光束在自聚焦過程中聚焦的距離不同，達到實際自聚焦點的大范圍移動。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大范圍高精度移動圓艾里光束自聚焦點的裝置，其特征在于，所述激光器為Verdi12固體激光器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大范圍高精度移動圓艾里光束自聚焦點的裝置，其特征在于，所述空間光調(diào)制器為反射式純相位液晶空間光調(diào)制器。

4.一種大范圍高精度移動圓艾里光束自聚焦點的方法，其特征在于，包括如下步驟：

激光器輸出的高斯光束，由起偏器起偏，經(jīng)過第一透鏡、第二透鏡組合而成的4f系統(tǒng)擴束后，入射到空間光調(diào)制器，在空間光調(diào)制器上加載圓艾里光束的頻譜信息，并通過平移頻譜來達到對圓艾里光束自聚焦點的二維平面的操控；經(jīng)過空間光調(diào)制器調(diào)制、平面反射鏡反射后，再經(jīng)過第三透鏡傅里葉變換之后，在焦平面得到圓艾里光束，在其自聚焦位置用電荷耦合器觀測到二維位移后的自聚焦點；

通過平移頻譜來達到對圓艾里光束自聚焦點的二維平面的操控具體為：

當圓艾里光束的空域上添加傾斜相位因子使圓艾里光束產(chǎn)生傾斜從而實現(xiàn)自聚焦點的x方向移動；當添加傾斜相位因子使圓艾里光束產(chǎn)生傾斜從而實現(xiàn)自聚焦點的y方向移動；其中k_x＝a/w₀，k_y＝a/w₀，i為虛數(shù)，x為水平坐標，y為垂直坐標，w₀是光束的束寬，a為決定傾斜度的系數(shù)；控制移動頻譜間接控制空域來達到添加傾斜相位因子的目的，根據(jù)傅里葉變化的平移性質(zhì)，當空域加載相位項時，相應(yīng)的頻域變化就是平移，也就是頻域平移了k_x或k_y，平移的最小尺寸也就是空間光調(diào)制器的像素大小；通過透鏡焦距的不同，改變在焦平面初始圓艾里光束的傾斜角度，根據(jù)傾斜角度的不同，以及圓艾里光束在自聚焦過程中聚焦的距離不同，達到實際自聚焦點的大范圍移動。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大范圍高精度移動圓艾里光束自聚焦點的方法，其特征在于，所述激光器為Verdi12固體激光器。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大范圍高精度移動圓艾里光束自聚焦點的方法，其特征在于，所述空間光調(diào)制器為反射式純相位液晶空間光調(diào)制器。