[实用新型]采用透射式空间光调制器产生旋转的复合涡旋光束的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用透射式空间光调制器产生旋转的复合涡旋光束的装置，是一种基于拓扑荷不同的两个涡旋光束产生旋转的复合涡旋光束的装置。 

背景技术

涡旋光束在近几十年中由于其独特的相位结构和拓扑特性在基础研究和应用研究等领域均受到了广泛的关注。与流体中的涡旋现象类似，在光学领域，涡旋光束的光波场的中心存在相位奇点，且相位围绕该奇点呈螺旋连续变化，光波波前会绕在传播方向上的一条线以螺旋方式旋转，形成螺旋形的波前。 

早在2003年I.D.Maleev和G.A.Swartzlander等人就分析了两个平行不同轴的涡旋叠加，描述了光学相位奇点随两涡旋的相对相位或幅值的变化情况，并得到涡旋产生和湮灭的临界条件。近几年对光学涡旋的同轴叠加研究逐渐增多，其中A.Ya.Bekshaev等在2005年研究了两拉盖尔-高斯涡旋光束模式分别为LG_0，+1LG_0，-1)同轴叠加后的传输特性，并预言若两拉盖尔-高斯涡旋光束频率不同，干涉图样将在同一平面内旋转；E.J.Galvez领导的研究小组在2006-2009年间致力于复合光学涡旋的研究，得出了两涡旋叠加后产生的复合涡旋的分布规律。但这些工作仅局限于频率相同的两涡旋光束同轴叠加，而不同频率的两涡旋光束的同轴叠加尚未报道。 

发明内容

要解决的技术问题 

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种通过同轴叠加频率不同且拓扑荷不同的两涡旋光束产生旋转的复合涡旋的装置。 

本发明的思想在于：通过透射式空间光调制器对高斯激光光束调制引入拓扑荷因 子，然后通过空间滤波得到具有指定拓扑荷的涡旋拉盖尔-高斯光束LG光束。通过频移器件产生频率差。任何已有的频移器件都可以用在此技术中，如：声光调制，电光调制，旋转光栅，或者能连续改变相位光程的方法。最后，通过本技术中设计的光路可以简单的实现光束同轴叠加。 

技术方案 

一种采用透射式空间光调制器产生旋转的复合涡旋光束的装置，其特征在于包括激光器1、光束扩束器2、分束镜3、第一反射镜4、第一空间光调制器5-1、第二空间光调制器5-2、第一傅里叶空间滤波器6-1、第二傅里叶空间滤波器6-2、频移器件7、第二反射镜8和合束镜9；激光光源1出射的光束依次经过光束扩大器2和分束镜3，经分束的两光束其中一光束通过第二反射镜8后由第一空间光调制器5-1进行调制，然后通过第一傅里叶空间滤波器6-1进行滤波；另一光束经第一反射镜4反射后由第二空间光调制器5-2进行调制，然后通过第二傅里叶空间滤波器6-2进行滤波，并由频移器件7产生频移；两束光通过合束镜9实现同轴叠加得到产生旋转的复合涡旋光束；所述的第一空间光调制器5-1和第二空间光调制器5-2采用透射式空间光调制器。 

采用图像采集器件10将经分束镜9同轴叠加得到螺旋桨式旋转光束进行采集，并观察到旋转的图样。 

在第一空间光调制器5-1和第二空间光调制器5-2上采用图形控制器11控制调制光的涡旋全息图。 

在频移器件7上采用频差控制器12控制频移器的频移量。 

所述频移器件7为任何现有的声光频移器件或旋转玻片频移器件。 

工作原理激光光源1出射的光束依次经过光束扩大器2和分束镜3。经分束的两光束其中一束依次由第一空间光调制器5-1，第一傅里叶空间滤波器6-1分别进行调 制和滤波。另一束经第一反射镜4反射后依次由第二空间光调制器5-2，第二傅里叶空间滤波器6-2分别进行调制和滤波，并由频移器件7产生频移。之后，这两束光通过第二反射镜8和合束镜9实现同轴叠加，并由图像采集器件10进行接收。 

有益效果 

本发明提出的采用透射式空间光调制器旋转复合涡旋光束的装置，能方便地控制复合涡旋光束的转速和光斑图样；用其产生的光束可以作为“光学扳手”，凭借其特有的轨道角动量特征来操纵和旋转微粒。 

附图说明

图1：本发明的基于拓扑荷不同且频率不同的两涡旋光同轴叠加产生旋转的复合涡旋光束装置的第一种形式应用两个透射式空间光调制器结构图； 

1-激光光源，2-光束扩束器，3-分束镜，4-反射镜，5-1-第一透射式空间光调制器，5-2-第二透射式空间光调制器，6-1-第一傅里叶空间滤波器，6-2-第二傅里叶空间滤波器，7-频移器件，8-反光镜，9-合束镜，10-图像采集器件，11-图形控制器，12-频差控制器，13-计算机； 

具体实施方式