[发明专利]基于变焦镜头的无衍射二维光学晶格周期调节系统

说明书

本发明涉及一种基于变焦镜头的无衍射二维光学晶格周期调节系统，包括激光器、第一半波片、用于扩束的透镜组、分光棱镜、第二半波片、空间光调制器、第一透镜、掩膜版、反射镜、第二透镜、变焦镜头、第三透镜和探测器。保留基级信息的光束经反射镜反射后，通过第二透镜在其后干涉形成无衍射二维光学点阵，之后再依次经过将变焦镜头与第三透镜，并在探测器上成像，其中，所述的变焦镜头，其后焦平面的位置在调焦时保持不变，变焦镜头与第三透镜之间的距离为变焦镜头的后焦距与第三透镜前焦距之和；通过对变焦镜头焦距的调节，实现扩束系统放大倍数的连续改变，从而能够实现无衍射二维光学晶格周期的快速连续调节。

技术领域

本发明涉及一种无衍射二维光学晶格周期的快速连续调节系统，特别是针对于辅助基于空间光调制器的光场调控方法、多核光纤干涉法等产生无衍射二维光学晶格的常用系统。

背景技术

光学晶格是多束激光交汇干涉产生的周期性势阱图案。早在1989年，贝尔实验室朱棣文等利用两束激光相向传播产生干涉驻波场，首次在实验中实现了一维光学晶格。随后，Grynberg等按一定规则布局多束激光的干涉，成功获得二维光学晶格和三维光学晶格，并且在理论上对于光学晶格的产生条件进行了归纳。然而，波长量级的周期使得光学晶格晶胞之间不易分辨，而且其晶胞形状在各个方向的限制也并不均匀，严重影响了该技术的应用可行性。EricBetzig教授在2005年基于理论设计，创造性地提出了稀疏晶格(SparseLattices)和组合晶格(CompositeLattices)两种新型结构，完成了光学晶格整体的高质量放大，突破了周期在波长量级的限制。此后，光学晶格与无衍射光束的结合，进一步增强了光学晶格周期调节的灵活性，使得其在超分辨显微、光子晶格光刻、微纳操控、面形测量等领域获得了广阔的应用空间。

光学晶格技术的发展离不开其周期调控能力的提升。光学晶格的周期即光场图案中每个晶胞单元之间的间距，该参数对扩展光学晶格应用具有重要影响。目前，光学晶格与无衍射光束结合可产生无衍射二维光学晶格，该种光学晶格的周期调节具有一定灵活性，且具备周期连续调节的理论基础。但是在无衍射二维光学晶格的周期调节过程中，往往需要对光路结构进行调整来满足理论条件，即调整光学元件位置或者替换光学元件。例如，利用基于空间光调制器的光场调控方法可产生无衍射二维光学晶格，若采用常规方法调节无衍射二维光学晶格周期，需更改光路系统中掩膜板尺寸，即替换掩膜板，或者更改位于掩膜板后的透镜焦距，即替换透镜同时为了对焦还要调整透镜位置。这种方法效率低下，每次更改无衍射二维光学晶格周期都要更改光路结构，且光路元件参数的不可连续变化会导致二维光学晶格周期的连续调节难以实现。因此，针对于该种现状，实现无衍射二维光学晶格周期的快速连续调节，可进一步增强对二维光学晶格周期的控制能力，方便其开拓应用领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以实现无衍射二维光学晶格周期快速连续调节的系统。技术方案如下：

一种基于变焦镜头的无衍射二维光学晶格周期调节系统，包括激光器、第一半波片、用于扩束的透镜组、分光棱镜、第二半波片、空间光调制器、第一透镜、掩膜版、反射镜、第二透镜、变焦镜头、第三透镜和探测器，激光从激光器出射，经过第一半波片调整偏振方向，透镜组的扩束，再经过分光棱镜与第二半波片到达空间光调制器，空间光调制器对其进行相位调制后返回分光棱镜并反射进入后面光路，通过第一透镜对光束傅里叶变换，在掩膜板处展现频域信息，掩膜板对频域信息滤波只保留基级信息，保留基级信息的光束经反射镜反射后，通过第二透镜在其后干涉形成无衍射二维光学点阵，之后再依次经过将变焦镜头与第三透镜，并在探测器上成像，其中，所述的变焦镜头，其后焦平面的位置在调焦时保持不变，变焦镜头与第三透镜之间的距离为变焦镜头的后焦距与第三透镜前焦距之和；通过对变焦镜头焦距的调节，实现扩束系统放大倍数的连续改变，从而能够实现无衍射二维光学晶格周期的快速连续调节。

优选地，变焦镜头的最大与最小焦距应根据周期调节需求而选定：如果需要对周期进行放大调节，则变焦镜头的最小焦距应小于第三透镜焦距；如果需要对周期进行缩小调节，则变焦镜头的最大焦距应大于第三透镜焦距。