[发明专利]一种纳米尺度的均匀光学隧道产生方法和装置

权利要求书

1.一种纳米尺度的均匀光学隧道产生装置，其特征在于，包括：激光器、扩束准直系统、线偏振器、第一分光镜、纯相位空间光调制器、第一计算机、4F傅里叶变换成像系统、第二分光镜、径向偏振光转换器、聚焦物镜、均匀光学隧道、平面反射镜、镜筒透镜、CCD电荷耦合成像器件、第二计算机；

其中，所述激光器发射的任意偏振的激光光束，经所述扩束准直系统进行扩束和准直成平面波，然后经所述线偏振器转换成线偏振光，所述第一分光镜将所述线偏振光反射后垂直入射纯相位空间光调制器的反射面；

所述第一计算机加载光束相位调制图到纯相位空间光调制器上，纯相位空间光调制器将准直扩束后的线偏振激光束进行光束相位调制，从所述纯相位空间光调制器反射回来的光通过所述第一分光镜，并通过所述4F傅里叶变换成像系统和第二分光镜到达所述径向偏振转换器，所述径向偏振光转换器将线偏振涡旋光束转换成相位调制径向偏振涡旋光束，所述聚焦物镜将相位调制径向偏振涡旋光束聚焦产生纳米尺度均匀光学隧道，所述第二分光镜将物镜焦平面上光学隧道通过平面反射镜反射，并通过所述第二分光镜后再反射到所述镜筒透镜，所述镜筒透镜出射的光到达所述CCD电荷耦合成像器件，最后成像在第二计算机上，通过第二计算机的显示器显示出来。

2.一种纳米尺度的均匀光学隧道产生方法，通过权利要求1的装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：激光器发射激光束，任意偏振的激光束经扩束准直系统和线偏振器后转换为线偏振的扩束准直激光光束，准直激光光束经第一分光镜反射后垂直入射反射型纯相位空间光调制器；

步骤S2：第一计算机将相位图加载到反射型纯相位空间光调制器，纯相位空间光调制器将准直扩束后的线偏振激光束进行光束相位调制；

步骤S3：所述纯相位空间光调制器反射回来的光通过所述第一分光镜，4F傅里叶变换成像系统将相位调制的线偏振涡旋光通过第二分光镜和径向偏振光转换器成像到聚焦物镜的后孔径平面；

步骤S4：所述径向偏振光转换器将线偏振涡旋光束转换成相位调制径向偏振涡旋光束；

步骤S5：所述聚焦物镜将相位调制径向偏振涡旋光束聚焦产生纳米尺度均匀光学隧道；

步骤S6：在焦平面附近放置平面反射镜，将反射面朝向聚焦物镜；

步骤S7：聚焦物镜收集的反射光通过第二分光镜反射到达镜筒透镜，再由镜筒透镜成像在CCD电荷耦合成像器件并显示在第二计算机显示器上。

3.根据权利要求2所述的纳米尺度的均匀光学隧道的产生方法，其特征在于：步骤S2的激光光束相位调制包括以下步骤：

步骤S201：将聚焦物镜的圆形后孔径平面均分为M个面积相同的扇形，其中每个扇形区域的顶点为入射后孔径平面的中心，扇形的半径为物镜后孔径平面的半径R，每个扇形的圆心角为其中M为偶数；

步骤S202：再将每个扇形区域进一步分为4个面积相等的子扇形区域，其中每个子扇形区域的顶点还是后孔径平面的中心，每个子扇形区域的半径为圆形后孔径平面的半径R，且每个子扇形区域对应的圆心角为Δδ＝2π/(4M)；

步骤S203：将M个扇形区域的每4个子扇形区域依次进行以下相位调制，第m个扇形区域的第1，2，3，4个子扇形区域的相位调制值在坐标x₀，y₀点分别为：

ψm1(x0,y0)=2πfλx02+y02+fΔz1+2arctan(y0x0)]]>

ψm2(x0,y0)=2πfλx02+y02+fΔz2+2arctan(y0x0)]]>

ψm3(x0,y0)=2πfλx02+y02+fΔz3+2arctan(y0x0)]]>

ψm4(x0,y0)=2πfλx02+y02+fΔz4+2arctan(y0x0)]]>

其中，m为小于等于M的正整数，其中f为物镜的焦距，λ为波长，Δz₁＝Aλ；Δz₂＝Bλ；Δz₃＝-Aλ，Δz₄＝-Bλ，A和B为常数。

步骤S204：采用Matlab绘制像素点与空间光调制器一样的灰度图，将绘制的灰度图加载到反射型纯相位空间光调制器的反射面上。