[發明專利]一種用于產生可控多焦點陣列的相位調制方法

有效

• 申請號: 202110461374.3
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113126290B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 張琛;章裕;劉紫涵;董宇崢;白晉濤
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 韓迎之

本發明公開了一種用于產生可控多焦點陣列的相位調制方法，涉及光學成像技術領域，具體步驟包括如下：根據預期焦點數，構建多區域相位分布圖；根據純相位分布公式，獲得各焦點相位參數；通過MATLAB仿真將所述各焦點相位參數填充所述多區域相位分布圖，得到多焦點相位圖；將所述多焦點相位圖加載在空間光調制器上進行相位調制，再利用光束緊聚焦產生多焦點陣列。相對于傳統利用迭代的方法產生多焦點，這種方法計算耗時短，具有焦點位置、數量均可控的特點，在光存儲、多點微成像、激光微納加工、光學操縱和捕獲等方面具有巨大的應用前景。

技術領域

本發明涉及光學成像技術領域，更具體的說是涉及一種用于產生可控多焦點陣列的相位調制方法。

背景技術

傳統的激光多焦點產生的方法有利用分束器、微透鏡陣列等其他光學元件將一束光束分為多束光束，進而在焦平面上形成二維多焦點陣列。空間光調制器因其能夠更方便快捷產生多焦點。目前基于空間光調制器相位調制方法有很多，例如物鏡入瞳處的純相位模式可以利用二維傅里葉變換迭代算法得到，例如GS算法。但是由于存在層間干擾，無法產生具有高均勻性的衍射多個焦斑。2014年，M.Gu等人利用矢量Debye衍射三維傅里葉變換理論實現了消球差的三維多焦點陣列和三維并行記錄。同年，Linwei Zhu等人提出三維形狀可控的多焦點可以利用二維純相位調制光柵在高數值孔徑物鏡后光闌附加上軸向位移純相位調制來產生。然而，這些理論都需要大量的疊加算法，計算量較大，需要很長的時間甚至有時得不到唯一解。所以，如何制備具有焦點數量、位置可控的高均勻度的多焦點陣列，對本領域技術人員來說是亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種用于產生可控多焦點陣列的相位調制方法，利用構建多區域相位分布圖對激光光束進行相位調制，通過光束緊聚焦產生多焦點陣列。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種用于產生可控多焦點陣列的相位調制方法，具體步驟包括如下：

根據預期焦點數，構建多區域相位分布圖；

根據純相位分布公式，獲得各焦點相位參數；

通過MATLAB仿真將所述各焦點相位參數填充所述多區域相位分布圖，得到多焦點相位圖；

將所述多焦點相位圖加載在空間光調制器上進行相位調制，再利用光束緊聚焦產生多焦點陣列。

所述構建多區域相位分布圖的具體步驟為：

將入射光束截面區域均等分為N個區域，所述入射光束截面區域分為中心為一個圓形區域和所述圓形區域周圍為N-1個扇環，其中N為奇數且大于1；

將每個所述扇環均等分為M個子扇環，每個子扇環的角度為所述圓形區域均等分為M個子區域；

若M為偶數，將所述圓形區域均等分為M個扇形；

若M為奇數，將所述圓形區域均等分為中心為一個子圓形區域和所述子圓形區域周圍M-1個第一扇環。

所述圓形區域的半徑為其中R為所述入射光束的半徑；所述扇環的角度為

每個所述扇形的角度為所述子圓形區域的半徑為每個所述第一扇環的角度為

所述純相位分布公式為：

其中，(x₀，y₀)為后光闌的直角坐標，λ為激光波長，R為孔徑光闌半徑，n_t為透鏡浸沒介質折射率，NA為透鏡的數值孔徑，(Δx，Δy)為焦點位置坐標。

所述子扇環的個數與所述預期焦點數相同。