[發明專利]一種產生高可控性離軸光學瓶的方法及系統

有效

• 申請號: 202110489728.5
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113406790B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 鄧冬梅;莫振武;江駿杰;許丹琳;黃海琪
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B27/09;G21K1/00
• 代理公司: 廣州容大知識產權代理事務所(普通合伙) 44326
• 代理人: 潘素云

本發明提供一種產生高可控性離軸光學瓶的方法及系統，該方法包括：使用計算機模擬平面波與圓皮爾斯高斯光束干涉，獲得相位全息圖，并將相位全息圖加載至反射式空間光調制器上；根據光學參數在計算機上繪制復合二階啁啾渦旋相位，并將其加載至透射式空間光調制器上；用高斯光束照射反射式空間光調制器，使反射光通過空間濾波系統，并選取正一級條紋，獲得圓皮爾斯高斯光束；使圓皮爾斯高斯光束穿過透射式空間光調制器，獲得經復合二階啁啾渦旋相位調制的圓皮爾斯高斯光束，使其在真空或無干擾的空氣中傳輸，即可在傳輸過程中形成多次較強的聚焦，從而形成離軸光學瓶。本發明可對離軸光學瓶的連續調控，在粒子捕獲及操縱方面更加高效，且自由度高。

技術領域

本發明涉及光學技術領域，具體涉及一種產生高可控性離軸光學瓶的方法及系統。

背景技術

所謂“光瓶”，指的是三維光束在傳播過程中形成的一個閉合的暗空間結構。這一概念是在2000年、由J.Arlt等提出的，相較于此前由A.Ashkin等人在1986年提出的僅能對單個粒子操控的光鑷，光學瓶由于其獨特的結構，可以實現對多粒子的操控，從而備受關注。

此外，在2018年，X.Y.Chen等人提出了圓皮爾斯光束。作為從皮爾斯光束的衍生光束，其繼承了皮爾斯光束所具有的自愈合特性，同時也具備了較強的聚焦能力。更重要的是，相較于圓艾里光束，圓皮爾斯光束在聚焦后不會產生震蕩。這些特性使其在光學微操控領域具有巨大的潛力。

基于“光瓶”在應用方面的廣泛前景，許多光學領域內的專家們嘗試用不同的方法產生光學瓶，除了傳統的相位調制，目前還有自成像、莫爾條紋、傅里葉空間產生法等。但從目前的技術來看，產生的光瓶種類多數為單個沿軸光瓶，即光瓶在光軸上生成，即便是軸外光瓶，也存在光瓶離軸程度較小且可調參數較少的問題，從而為應用帶來一定的困難。

發明內容

有簽于此，為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提出一種產生高可控性離軸光學瓶的方法及系統，在粒子捕獲及操縱方面更加高效，且自由度高。

本發明通過以下技術手段解決上述問題：

一方面，本發明提供一種產生高可控性離軸光學瓶的方法，包括如下步驟：

使用計算機模擬平面波與圓皮爾斯高斯光束干涉，獲得相位全息圖，并將相位全息圖加載至反射式空間光調制器S1上；

根據光學參數，在計算機上繪制復合二階啁啾渦旋相位，并將其加載至透射式空間光調制器S2上；

用高斯光束照射反射式空間光調制器S1，使反射光通過空間濾波系統，并在空間濾波系統中選取正一級條紋，獲得圓皮爾斯高斯光束；

使圓皮爾斯高斯光束穿過透射式空間光調制器S2，獲得經復合二階啁啾渦旋相位調制的圓皮爾斯高斯光束，使其在真空或無干擾的空氣中傳輸，即可在傳輸過程中形成多次較強的聚焦，從而形成離軸光學瓶。

進一步地，圓皮爾斯高斯光束的具體調制為：

圓皮爾斯高斯光束在初始平面的解析式為：其中，定義為皮爾斯積分，x₀為含量綱縮放因子，w₀為高斯束寬；在計算機中模擬圓皮爾斯高斯光束與平面波進行干涉，獲得相位全息圖，并將該相位全息圖加載至反射式空間光調制器S1上，用所述高斯光束進行照射，經空間濾波系統濾波后的出射光即為圓皮爾斯高斯光束。

進一步地，圓皮爾斯高斯光束經復合二階啁啾渦旋相位調制具體為：