[發(fā)明專利]一種用于產(chǎn)生可控多焦點(diǎn)陣列的相位調(diào)制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110461374.3
• 申請(qǐng)日: 2021-04-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113126290B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張琛;章裕;劉紫涵;董宇崢;白晉濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B27/00
• 分類號(hào): G02B27/00
• 代理公司: 北京睿智保誠(chéng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11732
• 代理人: 韓迎之

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于產(chǎn)生可控多焦點(diǎn)陣列的相位調(diào)制方法，涉及光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，具體步驟包括如下：根據(jù)預(yù)期焦點(diǎn)數(shù)，構(gòu)建多區(qū)域相位分布圖；根據(jù)純相位分布公式，獲得各焦點(diǎn)相位參數(shù)；通過(guò)MATLAB仿真將所述各焦點(diǎn)相位參數(shù)填充所述多區(qū)域相位分布圖，得到多焦點(diǎn)相位圖；將所述多焦點(diǎn)相位圖加載在空間光調(diào)制器上進(jìn)行相位調(diào)制，再利用光束緊聚焦產(chǎn)生多焦點(diǎn)陣列。相對(duì)于傳統(tǒng)利用迭代的方法產(chǎn)生多焦點(diǎn)，這種方法計(jì)算耗時(shí)短，具有焦點(diǎn)位置、數(shù)量均可控的特點(diǎn)，在光存儲(chǔ)、多點(diǎn)微成像、激光微納加工、光學(xué)操縱和捕獲等方面具有巨大的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)是涉及一種用于產(chǎn)生可控多焦點(diǎn)陣列的相位調(diào)制方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的激光多焦點(diǎn)產(chǎn)生的方法有利用分束器、微透鏡陣列等其他光學(xué)元件將一束光束分為多束光束，進(jìn)而在焦平面上形成二維多焦點(diǎn)陣列。空間光調(diào)制器因其能夠更方便快捷產(chǎn)生多焦點(diǎn)。目前基于空間光調(diào)制器相位調(diào)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(wú)法產(chǎn)生具有高均勻性的衍射多個(gè)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(shí)現(xiàn)了消球差的三維多焦點(diǎn)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(diǎn)可以利用二維純相位調(diào)制光柵在高數(shù)值孔徑物鏡后光闌附加上軸向位移純相位調(diào)制來(lái)產(chǎn)生。然而，這些理論都需要大量的疊加算法，計(jì)算量較大，需要很長(zhǎng)的時(shí)間甚至有時(shí)得不到唯一解。所以，如何制備具有焦點(diǎn)數(shù)量、位置可控的高均勻度的多焦點(diǎn)陣列，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于產(chǎn)生可控多焦點(diǎn)陣列的相位調(diào)制方法，利用構(gòu)建多區(qū)域相位分布圖對(duì)激光光束進(jìn)行相位調(diào)制，通過(guò)光束緊聚焦產(chǎn)生多焦點(diǎn)陣列。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種用于產(chǎn)生可控多焦點(diǎn)陣列的相位調(diào)制方法，具體步驟包括如下：

根據(jù)預(yù)期焦點(diǎn)數(shù)，構(gòu)建多區(qū)域相位分布圖；

根據(jù)純相位分布公式，獲得各焦點(diǎn)相位參數(shù)；

通過(guò)MATLAB仿真將所述各焦點(diǎn)相位參數(shù)填充所述多區(qū)域相位分布圖，得到多焦點(diǎn)相位圖；

將所述多焦點(diǎn)相位圖加載在空間光調(diào)制器上進(jìn)行相位調(diào)制，再利用光束緊聚焦產(chǎn)生多焦點(diǎn)陣列。

所述構(gòu)建多區(qū)域相位分布圖的具體步驟為：

將入射光束截面區(qū)域均等分為N個(gè)區(qū)域，所述入射光束截面區(qū)域分為中心為一個(gè)圓形區(qū)域和所述圓形區(qū)域周圍為N-1個(gè)扇環(huán)，其中N為奇數(shù)且大于1；

將每個(gè)所述扇環(huán)均等分為M個(gè)子扇環(huán)，每個(gè)子扇環(huán)的角度為所述圓形區(qū)域均等分為M個(gè)子區(qū)域；

若M為偶數(shù)，將所述圓形區(qū)域均等分為M個(gè)扇形；

若M為奇數(shù)，將所述圓形區(qū)域均等分為中心為一個(gè)子圓形區(qū)域和所述子圓形區(qū)域周圍M-1個(gè)第一扇環(huán)。

所述圓形區(qū)域的半徑為其中R為所述入射光束的半徑；所述扇環(huán)的角度為

每個(gè)所述扇形的角度為所述子圓形區(qū)域的半徑為每個(gè)所述第一扇環(huán)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(biāo)，λ為激光波長(zhǎng)，R為孔徑光闌半徑，n_t為透鏡浸沒(méi)介質(zhì)折射率，NA為透鏡的數(shù)值孔徑，(Δx，Δy)為焦點(diǎn)位置坐標(biāo)。

所述子扇環(huán)的個(gè)數(shù)與所述預(yù)期焦點(diǎn)數(shù)相同。