螺旋达曼波带片及产生三维偶极涡旋达曼阵列的装置

摘要

一种螺旋达曼波带片及产生三维偶极涡旋达曼阵列的装置，该螺旋达曼波带片与聚焦透镜结合使用，可在聚焦透镜的后场沿光轴方向产生具有多个光学涡旋轴向阵列。这种光学涡旋阵列的强度关于聚焦透镜的几何焦平面轴向对称分布，并且光学涡旋阵列的拓扑荷的大小关于几何焦平面也是轴向对称，而拓扑荷的符号关于几何焦面相反。对于基拓扑荷为l的螺旋达曼波带片，第m个衍射级所对应的光学涡旋所携带的拓扑荷为ml。这种光学涡旋轴向阵列可以广泛应用于光学粒子、细胞捕获和光学操控，并且在光学涡旋信息传递方面也有潜在应用价值。

主权项

一种螺旋达曼波带片，其特征在于所述的螺旋达曼波带片必须结合聚焦物镜使用，其通光孔径必须与聚焦物镜的通光孔径一致，且共轴放置；所述的螺旋达曼波带片为0、π二值相位分布，其具体设计流程如下：①根据具体应用需要确定轴向焦点数目N_p；②根据对应的1×N_p的达曼光栅，确定每个周期内加入的归一化位相转折点{x_n}；③选取傅立叶级数截断级次为M，由归一化位相转折点{x_n}按下列公式算出每个衍射级次对应的傅立叶系数C_m：$C_m=\left\{\begin{array}{cc}\frac{-i}{2\mathrm{m\pi }}[+2\underset{n=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}{(-1)}^n{e}^{-i2\mathrm{\pi m}{x}_n}+{(-1)}^N{e}^{-i2\mathrm{\pi m}{x}_N}]& m\ne 0\\ 2\underset{n=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}{(-1)}^n{x}_n+{(-1)}^N{x}_N& m=0\end{array}\right.$其中：m＝0,±1,±2,...±M；④根据具体应用需要的轴向间隔Δz，由公式Λ_ξ＝λ/Δz确定螺旋达曼波带片对应的波带片相对于的周期Λ_ξ，其中λ为波长；⑤由下列公式计算出傅立叶级数和T_SDZP：其中，为归一化入射光瞳平面上的极坐标，α＝arcsin(NA/n₀)为最大孔径角，其中NA为聚焦物镜数值孔径，n₀为聚焦物镜后场折射率，l为该螺旋达曼波带片的基拓扑荷，Λ_ξ为该螺旋达曼波带片相对的周期，C_m是第m个衍射级次对应的系数；⑥取T_SDZP的相位，即arctani{mag(T_SDZP)/real(_ST_DZP)，}imag(·)表示取虚部，real(·)表示取实部；⑦通过取大于零的相位值为π，小于零的取为0二值化T_SDZP的相位；⑧选取二值化之后的相位分布即为所设计的螺旋达曼波带片的相位分布。