一种参数可调节的贝塞尔光束产生装置及其产生方法

摘要

一种参数可调节的贝塞尔光束产生装置及其产生方法，包括一连续波激光器，该连续波激光器发出的光束被全反镜反射后进入滤波器，然后经凸透镜准直，准直后的光束经起偏器后变为线偏振光，照射在分束立方体上；经分束立方体后的反射光照射在反射式空间光调制器上，经反射式空间光调制器反射后产生涡旋光束，涡旋光束经过分束立方体、检偏器后照射在光阑上；经过光阑后的涡旋光束垂直照射在透射式空间光调制器上，经过透射式空间光调制器后产生贝赛尔光束，贝赛尔光束在CCD相机中成像，并存储进计算机进行分析；本发明装置具有原理简洁、成本低廉、参数可实时在线调节的优点；本发明可广泛应用于微粒光操纵、光学测试等领域。

主权项

一种参数可调节的贝塞尔光束产生装置，其特征在于：包括一连续波激光器，该连续波激光器发出的光束被全反镜反射后进入滤波器，然后经凸透镜准直，准直后的光束经起偏器后变为线偏振光，照射在分束立方体上；经分束立方体后的光束被分为两束，一路为反射光，一路为透射光；反射光照射在反射式空间光调制器上，经反射式空间光调制器反射后产生涡旋光束，涡旋光束经过分束立方体、检偏器后照射在光阑上；经过光阑后的涡旋光束垂直照射在透射式空间光调制器上，经过透射式空间光调制器后产生贝赛尔光束，贝赛尔光束在CCD相机中成像，并存储进计算机进行分析；所述的滤波器与凸透镜间的距离为该凸透镜的焦距；所述的反射式空间光调制器、透射式空间光调制器、CCD相机分别与计算机相连；利用该贝塞尔光束产生装置产生贝赛尔光束的方法，步骤如下：步骤一、利用衍射光学元件设计的Gershberg‑Saxton迭代算法，产生参数可调节的锥透镜衍射光学元件相位图，写入透射式空间光调制器，具体过程如下，垂直入射到锥透镜上的涡旋光束的电场表示为：其中，为振幅常数，为束腰半径，为拓扑电荷数，为虚数单位；锥透镜的振幅透过率为：式中，为锥透镜材料折射率，为锥透镜的锥角，即锥透镜锥面与底平面的夹角；为波数，为锥透镜光瞳半径；涡旋光束经过锥透镜后的复振幅分布为：以该复振幅所在平面为输入平面，以其夫琅禾费衍射平面为目标平面，由于输入平面与目标平面是傅里叶变换关系，在输入平面和目标平面间不断利用傅里叶变换和傅里叶逆变换进行迭代计算；每个迭代过程中，在输入平面和目标平面其相位利用变换后的相位，振幅分别用输入平面振幅和目标平面振幅替换；经过次迭代运算后得到锥透镜衍射光学元件相位图；步骤二、利用计算机将锥透镜的相位图写入透射式空间光调制器；步骤三、结合计算全息技术，生成涡旋光束与平面波的干涉相位图；利用计算机写入反射式空间光调制器；步骤四、打开连续波激光器电源，连续波激光器发出的光束被全反镜反射后，进入针孔滤波器、然后经凸透镜准直，准直后的光束经起偏器后变为线偏振光，照射在分束立方体上；经分束立方体后的光束被分为两束，一路为反射光，一路为透射光；所述的反射光束照射在反射式空间光调制器上；步骤五、照射在反射式空间光调制器上的光束作为参考光束，用以衍射再现涡旋光束；衍射再现的涡旋光束经过分束立方体、检偏器后照射在光阑上；光阑的作用是选择反射式空间光调制器的一级衍射光作为涡旋光束；步骤六、经过光阑后的涡旋光束垂直照射在透射式空间光调制器上，此时的透射式空间光调制器实质上是作为参数可自由调节的锥透镜；步骤七、所述的涡旋光束经过透射式空间光调制器后产生贝赛尔光束；步骤八、所述的贝赛尔光束在CCD相机中成像后，图像进入计算机进行后续分析；步骤九、根据计算机分析结果，通过调节步骤一中锥透镜材料折射率或锥角的数值，产生所需的参数可自由调节的贝赛尔光束。