[发明专利]一种基于双光栅衍射产生规则涡旋光阵列的方法及系统

权利要求书

1.一种基于双光栅衍射产生规则涡旋光阵列的方法，包括步骤如下：

S110.调节两光栅的衍射距离获得相位分布不同的涡旋光阵列；

S120.获取不同距离和峰值的关系；

S130.产生高质量涡旋光阵列的最佳衍射距离，进而得到规则涡旋光阵列；

其中，d为x轴和y轴方向上光栅条纹间距，

两光栅分别为光栅A和光栅B，则光栅A和光栅B复振幅通过率分别为：

取光栅栅线在x轴和y轴方向上的空间频率均为f₀，则

当平行光入射光栅A时，由光栅A的表达式则其空间频谱为：

其中，f_x和f_y为光栅后观察平面上x轴和y轴方向上的空间频率；

则在位于光栅A后z处的观察平面上观察衍射光场，属于菲涅尔衍射，其传递函数表示为：

其中，λ为入射光波的波长，z为光栅A与观察面的距离，为波矢量；

z处光场分布的频谱为：

则光栅衍射在泰伯距离处有衍射自成像的特征，其整数泰伯距离的表达式为

其中，l为自然数；

光栅A的整数倍泰伯距离为

则在光栅A的整数倍泰伯距离处，式(2)中的因子且式(3)变为：

此处对式(5)做逆傅里叶变换，则可以得到光栅A在整数倍泰伯距离z_a处的光场复振幅分布为：

将光栅B放置在光栅A的整数倍泰伯距离z_a处，则光栅A的衍射光场透过光栅B，光栅B的衍射光场表示为：

此处对进行傅里叶变换得到并光波空间传播考虑式(2)，则光栅B后z处的频谱为：

此处对进行逆傅里叶变换，得到光栅B在其衍射距离z处的光场复振幅分布；

由式(4)，

当光栅B放置在其整数泰伯距离其光场复振幅分布为

当光栅B放置在光栅A的泰伯距离z_a处，而在光栅B的倍泰伯距离处观察衍射光场，则其光场复振幅分布为

则上述两种情况下对应的光场强度分布为

光栅A在其衍射距离为1倍泰伯距离，光栅B在其衍射距离为1倍以及倍泰伯距离时，所产生的涡旋光阵列质量最好。

2.一种基于如权利要求1所述的基于双光栅衍射产生规则涡旋光阵列的方法运行的系统，其特征在于，所述系统包括：

激光器，用于产生入射光波；

衰减片，所述衰减片用于对激光器产生的入射光波光强进行强度调节；

扩束镜，所述扩束镜用于对衰减后的入射光波进行扩束；

空间滤波器，所述空间滤波器用于对扩束后的入射光波进行滤波处理；

准直透镜，所述准直透镜用于对滤波处理后的入射光波进行准直；

第一空间光调制器和第二空间光调制器，所述第一空间光调制器和第二空间光调制器用于对准直后的入射光波进行调制；

CCD相机，所述CCD相机用于接收经空间光调制器调制后的衍射光场。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，对第一空间光调制器和第二空间光调制器分别加载不同的振幅型光栅即光栅A和光栅B。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统运行方法为：将激光器产生的波长为λ的激光依次经过衰减片、扩束镜、空间滤波器以及准直透镜后，依次垂直通过第一空间光调制器和第二空间光调制器，在第一空间光调制器和第二空间光调制器上加载不同的振幅型光栅即光栅A和光栅B；在第二空间光调制器后的一定距离处放置CCD相机观察衍射成像，通过调节两个空间光调制器的距离以及它们与CCD相机间的距离，获得相位不同的涡旋光阵列，从而最终得到高质量的规则涡旋光阵列。

5.权利要求1所述方法在制备高质量规则涡旋光阵列中的应用。

6.权利要求2-4任一项所述系统在制备高质量规则涡旋光阵列中的应用。