[发明专利]一种单极涡旋光栅

说明书

本发明实施例公开了一种单极涡旋光栅，包括衬底薄膜和位于衬底薄膜中的穿所述衬底薄膜的多个透光通孔列，所述多个透光通孔列构成光栅，且每个透光通孔列有多个透光通孔构成；其中，所述透光通孔列的中心位置为对平面波加载涡旋相位分布图后获得的全息干涉图二值化后的平衡位置，所述透光通孔列中各透光通孔的位置为所述透光通孔列所在平衡位置随机扰动后的位置，从而利用空间相位调节机制实现了类正弦光栅的单极输出，抑制了高次谐波的多级输出，达到和全息图类似的效果，提高了信噪比，进而消除了高谐波污染，提高了分辨率。

技术领域

本发明涉及涡旋光场技术领域，尤其涉及一种单极涡旋光栅。

背景技术

涡旋光场由于具有很多优良特性，被广泛研究，并在诸如离子操作、光通信、全息光刻技术和超分辨率(SPED)显示等领域得到了相应商业应用。虽然螺旋相位板(SpiralPhase Plate，简称SPP)器件被认为是产生涡旋光场的一种重要且有效的方法，但是，在极紫外甚至x-ray波段，SPP的光场特性依赖台阶的高度和台阶数目、当SPP的台阶数目较少时，其输出涡旋光场的特性无法保证；当SPP的台阶数目较多时，其加工难度较大。而且，利用普通光栅技术产生涡旋对，在宽光谱工作下会出现多级涡旋堆叠的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种单极涡旋光栅，以在保证涡旋光场单极输出特性的同时降低涡旋光场输出器件的加工难度。

为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种单极涡旋光栅，用于产生一对涡旋光场，抑制多级涡旋对的产生，所述单极涡旋光栅包括：衬底薄膜，以及贯穿所述衬底薄膜的多个透光通孔列；

其中，所述透光通孔列的中心位置为平面波与待产生涡旋光场的涡旋相位分布干涉形成的全息干涉图二值化后的平衡位置，所述透光通孔列中各透光通孔的位置为在所述平衡位置施加随机扰动后的位置。

可选的，所述随机扰动对应的随机分布为正弦分布、正态分布、高斯分布或t分布。

可选的，所述透光通孔列中的各透光通孔连续分布或离散分布。

可选的，所述单极涡旋光栅为振幅型元件，所述衬底薄膜为吸收衬底薄膜。

可选的，所述衬底薄膜的材料为金、银、铝、铬、硅、氮化硅或碳化硅。

可选的，所述衬底薄膜的厚度为100nm。

可选的，所述单极涡旋光栅可选为相位型元件，所述衬底薄膜为透光薄膜，射向所述单极涡旋光栅的入射光经所述衬底薄膜射出后与其经所述透光通孔射出后具有相位差。

可选的，所述透光通孔的横向长度的N倍与所述单极涡旋光栅的平衡位置的横向周期相等，其中，N为大于1的整数；所述平衡位置的横向周期为相邻两个透光通孔列的中心线之间的距离，所述横向垂直于所述透光通孔列延伸方向。

可选的，当所述透光通孔列中各透光通孔为方形孔时，所述述透光通孔的横向长度为所述单极涡旋光栅的平衡位置的横向周期的0.5倍；当所述透光通孔列中各个透光通孔为离散分布的圆形孔时，所述透光通孔的横向长度为所述单极涡旋光栅的平衡位置的横向周期的(1.22/2)倍或(1.3/2)倍。

可选的，所述全息干涉图二值化后的平衡位置处的横向周期满足：

Λ＝λ/sin(arctan(Δ/(2·d)))；

其中，Λ为所述全息干涉图二值化后的平衡位置的横向周期；d为单极涡旋光栅的输出距离；Δ为出射涡旋对的间距；λ为入射光的中心波长。

可选的，所述透光通孔的设计自由度有五个。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：