[发明专利]一种多艾里光束相干叠加合成的高能光瓶光束系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学技术及光束传输技术领域，涉及一种产生光瓶光束的方法，具体地说，涉及一种多艾里光束相干叠加合成的高能光瓶光束系统及方法。

背景技术

光瓶光束(bottle beam)是在光束的传播方向上有着强度为零的区域，且在此区域外空间都围绕着高强度的一种特殊的空心光束。由于它具有封闭的暗中空区域和极高的强度梯度，正是这些独特的光学特性和新颖的光学特性，使得它可广泛应用于光镊，原子捕获，粒子操控和原子囚禁等。目前，理论及实验上已有多种方法可以产生局域空心光束，主要有通过贝塞尔光束干涉法、高斯光束干涉发，涡旋光束法、全息波带片法，组合锥透镜法等。针对不同的应用场合希望高能光瓶而且大小可以方便调节，而目前产生光瓶的方法都有不同的缺陷。其中一个缺陷是光学元件参数不可调，一旦光学元件制造完成，因其产生的光瓶光束大小也固定不变。另外目前这些方法中有的需要制作复杂的高精度衍射光学元件，也增加了技术的复杂性和而且成本昂贵。再者就是光瓶产生到应用需要一定的传播距离，使得光瓶的能量低影响应用。

近些年来，艾里光束因具有无衍射、自加速、自愈等特点而得到广泛的应用和研究。针对当前光瓶实际应用中存在的问题，本发明利用艾里光束的这些奇特的光学特性，将多个艾里光束按环形相干叠加，产生环形光瓶光束，利用每个艾里光束无衍射特点，通过相干叠加极大的提高光瓶能量，而且通过调节多艾里光束的间隔分布，同时也实现光瓶大小可控，满足原子囚禁与细胞操控的需求。

发明内容

为了克服现有技术中光瓶能量低、光瓶大小不易调控的缺陷，本发明提供一种多艾里光束相干叠加合成的高能光瓶光束系统及方法，该方法采用空间光调制器结合全息技术来产生多艾里光束的相干叠加，实现高能光瓶光束分布。满足原子捕获与粒子操控的需求。

其技术方案如下：

一种多艾里光束相干叠加合成的高能光瓶光束系统，由He-Ne激光器1、准直扩束镜2，反射式空间光调制器3，控制计算机4、傅里叶透镜5，显微物镜6，CCD接收器7依次连接而成。

一种多艾里光束相干叠加合成的高能光瓶光束方法，包括以下步骤：首先，激光器发出一束呈高斯分布的激光，该激光经过准直和扩束后，传播到一反射式空间光调制器(SLM)上，该空间调制器上加载了一特殊相位图形，该相位图形是通过计算机模拟理想多艾里光束与平面光束干涉而得到的光强图案，通过计算机控制输入到空间光调制器中。经过该相位调制后反射出来的光束，再经过一个傅里叶透镜进行傅里叶变换就可产生高能光瓶光束，最后通过显微物镜的放大然后被放在其后的CCD接收。

本发明的有益效果：本发明因为是多艾里光束的合成，以及每个艾里光束都是近似无衍射自加速光束，所以获得的光瓶能量大大提高。另外通过计算机控制调节产生相位中的多艾里光束之间的距离，可以很灵活地实现控制光瓶大小，满足原子囚禁与细胞操控的需求。

附图说明

图1是本发明实施例的产生的光瓶光束系统示意图；

图2是本发明实施例的相位图；

图3是本发明实施例的产生的光瓶光束图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

图1为本发明产生多艾里光束相干叠加合成的高能光瓶光束示意图。包括He-Ne激光器1、准直扩束镜2，反射式空间光调制器3，控制计算机4、傅里叶透镜5，显微物镜6，CCD接收器7组成。光瓶光束是通过多束无衍射自加速艾里光束相干叠加而产生，大大提高光瓶的能量。通过控制计算机4输入到空间光调制器3中的相位图形是多艾里光束与平面光束相干涉产生的图样。可通过计算机控制产生相位图中的多个艾里光束之间的距离，灵活自由地实现调控光瓶大小。该方法是通过全息技术和空间光调制技术相结合而实现。

具体地，激光器为可见光波长为632.8nm的He-Ne激光器；准直扩束镜焦距300mm，通光口径50mm；空间光调制器为反射式，像素大小为8um，分辨率为1920*1080，工作波段420-850nm；傅里叶变换透镜焦距300mm；显微物镜放大率40倍，数值孔径NA＝0.6；CCD分辨率1920*1080。

当He-Ne激光器发射的高斯激光束经过准直扩束镜扩束，光束充满整个通光孔径；然后将扩束的平行光投射到反射式空间光调制器上，空间光调制器上通过计算机控制输入相应的相位图，该相位图形是通过计算机模拟理想多艾里光束与平面光束干涉而得到的光强图案，如图2所示，本实例中以10束艾里光束为例，其中多艾里光束可以表示为：