[发明专利]一种可调谐自分裂阵列涡旋光束的产生方法及装置

说明书

本发明涉及一种可调谐自分裂阵列涡旋光束的产生方法及装置，该方法包括：氦氖激光器产生一束激光，经过扩束器对其进行扩束，通过空间光调制器调制光束的关联特性，得到具有阵列关联特性的光束；光束通过旋转的毛玻璃降低其相干性，得到具有阵列关联特性的部分相干光束；将具有阵列关联特性的部分相干光束通过高斯振幅滤波器得到阵列关联的高斯光束；将高斯光束通过涡旋相位片，得到阵列关联的涡旋高斯光束；通过聚焦在远场得到阵列涡旋光束。本发明将进一步推动具有特殊相干性光束在传输、成像以及与物质相互作用等方面的研究，扩充光束种类。

技术领域

本发明涉及一种产生阵列涡旋光束的方法，特别是一种可调谐自分裂阵列涡旋光束的产生方法及装置。

背景技术

相位是光束的一种重要特性，涡旋光束与普通光束相比，具有特殊的相位结构存在相位奇点，涡旋中心的光强是零，这种特殊的相位特性使得涡旋光束能比普通光束有更多的特性，近些年来涡旋光束因为其独特的性质引起了学术界越来越多的重视，有很多实际研究价值和应用前景，一些试验和研究表明涡旋光束在光学微操纵、光通信、冷原子、微粒波导、生物医学、粒子加速等领域具有广阔的应用前景。

涡旋光束作为一种特殊的新型光束，其特点是具有螺旋形波前结构、光强呈环状分布、暗斑尺寸极小、传播不变性、无加热效应、无损耗效应以及其不仅有线动量还携带有轨道角动量等。这些优点使其在光学微操纵、光通信、冷原子、微粒波导、生物医学、粒子加速等领域中得到广泛的应用。所以，近年来人们对涡旋光束的各种特性研究成为热点。可以利用涡旋光束带有的拓扑荷因数作为光学计算、空间光通信、物理数学以及处理信息的新方法与手段。还可以利用涡旋光束携带的轨道角动量传递信息，与传统技术利用光束的偏振态进行编码的方式不同，能够很大程度的增加传输信息的容量。

Gibson等人经过大量研究表明利用涡旋光束的轨道角动量实现编码具有的保密性更强。因此，涡旋光束在量子信息的处理，粒子的囚禁和操纵等领域也有其潜在的应用价值。1986年，Ashkin在激光梯度力引起光辐射压的影响方面所做的工作,首次从理论和实验两方面证实了可以利用激光束来捕获微米量级的粒子。后来人们想要提高光镊的能力，增加势阱力需要增加功率，随着功率的增加会对粒子的活性造成损伤，研究发现在相同激光功率条件下，涡旋光束产生的势阱力要比光镊大许多，且能有效束缚低折射率粒子。所以涡旋光束具有很多特殊的性质，在很多科技领域都有不可忽略的作用，对于其研究将会越来越深入。

在过去的几十年间部分相干光理论得到了充分的研究，但只有少数几种关联函数被提出，用来描述光束的相干性，如谢尔模关联、贝塞尔关联、拉盖尔关联等。近几年研究表明，在满足光束构造的真实性条件下，可以通过设计调控光束的关联特性来有效调控光参数特性，得到一些新颖的现象。2011年，Lajuen等人提出了非均匀关联的光束，它的相干度分布跟空间位置有关，研究表明它会发生自聚焦现象；2012年，Sahin等人提出了能在远场产生平顶光强的部分相干光束；近年已经通过理论和实验研究证明了可以通过操纵关联结构，在远场处产生任意的光束阵列，研究表明操纵涡旋光束关联结构可以在远场处形成不同阶数的矩形和径向阵列。可以通过操纵阵列关联函数进行多粒子操控，研究具有阵列关联的激光对光学微操纵和生物医学具有重要意义。

然而，现有技术中未发现产生阵列涡旋光束的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调谐自分裂阵列涡旋光束的产生方法及装置。

实现本发明目的的技术方案为：一种可调谐自分裂阵列涡旋光束的产生方法，光束产生装置包括氦氖激光器、扩束器、空间光调制器、圆型孔径、旋转的毛玻璃片、高斯振幅滤波片和涡旋相位片，该方法包括以下步骤：

步骤1、氦氖激光器产生一束激光，经过扩束器对其进行扩束，通过空间光调制器调制光束的关联特性，得到具有阵列关联特性的光束；

步骤2、将步骤1得到的光束通过旋转的毛玻璃降低其相干性，得到具有阵列关联特性的部分相干光束；