[发明专利]环形艾里涡旋光束产生方法及系统

说明书

本申请涉及一种环形艾里涡旋光束产生方法及系统。所述方法包括：激光器生成高斯光束；空间光调制器对所述高斯光束进行相位调制，所述空间光调制器的相位调制图案是由模拟得到的环形艾里涡旋光束与平面波进行干涉产生的；傅里叶变换透镜对相位调制后的高斯光束进行傅里叶变换，得到环形艾里涡旋光束。上述环形艾里涡旋光束产生方法及系统，通过在空间光调制器上产生相位调制图案，使用相位调制图案对高斯光束进行相位调制，从而得到环形艾里涡旋光束。环形艾里涡旋光束带有光学涡旋轨道角动量，可以将光子携带的动能传递给微粒，从而实现旋转操纵微粒的功能，而且，该光场分布形式能应用于捕获微粒的折射率小于周围介质的情况。

技术领域

本申请涉及光学技术及光场调控领域，特别是涉及一种环形艾里涡旋光束 产生方法及系统。

背景技术

近年来，艾里光束引起研究人员广泛关注。它打破了人们对光在平直时空 中沿直线传播的固有认识，即该光束能在无外场的情况下在自由空间沿弯曲轨 迹传输。艾里光束是最早发现的自加速光束，具有无衍射、自愈、自加速(自弯 曲)等奇异特性，使得其在众多领域有着独特的应用价值和前景，如微粒操纵、 时空光子弹、自会聚光束、弯曲等离子体、超分辨成像等领域。譬如在军事领 域，可形成无衍射无损耗的光子弹沿弯曲轨迹打击掩体后面的目标；在生物医 学领域，可以形成光束“镊子”绕过障碍物将细胞体或药物粒子等输送到指定 区域。因此，操纵光波按预定的轨迹传输具有极大的应用价值，是科学家一直 的追求梦想。

光镊是采用以芯片为基础的光子共振捕获技术的光阱，能对纳米至微米级 的粒子进行操纵和捕获，然而，目前的艾里光束在应用于光镊时，并不适用于 捕获粒子的折射率小于周围介质的情况，而且也无法实现旋转操纵微粒的功能。

发明内容

基于此，有必要针对目前的艾里光束在应用于光镊时，并不适用于捕获粒 子的折射率小于周围介质的情况，而且也无法实现旋转操纵微粒的功能的问题， 提供一种环形艾里涡旋光束产生方法及系统。

一种环形艾里涡旋光束产生方法，所述方法包括：

激光器生成高斯光束；

空间光调制器对所述高斯光束进行相位调制，所述空间光调制器的相位调 制图案是由模拟得到的环形艾里涡旋光束与平面波进行干涉产生的；

傅里叶变换透镜对相位调制后的高斯光束进行傅里叶变换，得到环形艾里 涡旋光束。

在其中一个实施例中，所述环形艾里涡旋光束的涡旋对阵列中每个涡旋对 的旋向一致时，会在焦平面上产生空心的聚焦光环。

在其中一个实施例中，所述环形艾里涡旋光束的涡旋对阵列中每个涡旋对 的旋向相反时，会在焦平面上产生实心的聚焦光斑点。

在其中一个实施例中，所述环形艾里涡旋光束是由多个艾里光束按环形阵 列均匀排列形成的。

在其中一个实施例中，所述环形艾里涡旋光束通过增加涡旋对阵列的数目， 可以提高在焦平面的光强和自聚焦能力。

在其中一个实施例中，所述环形艾里涡旋光束通过增加艾里光束的环形阵 列的数目，可以提高在焦平面的自聚焦能力。

一种环形艾里涡旋光束产生系统，所述系统包括：

激光器，用于生成高斯光束；

空间光调制器，用于对所述高斯光束进行相位调制，所述空间光调制器的 相位调制图案是由模拟得到的环形艾里涡旋光束与平面波进行干涉产生的；

傅里叶变换透镜，用于对相位调制后的高斯光束进行傅里叶变换，得到环 形艾里涡旋光束。

在其中一个实施例中，所述环形艾里涡旋光束产生系统还包括准直扩束镜， 所述准直扩束镜位于所述激光器和空间光调制器之间，用于对高斯光束进行准 直和扩束。