[发明专利]螺旋相位调制片的制备方法及其产生涡旋光束的方法

说明书

本发明涉及的螺旋相位调制片的制备方法，包括：S1：提供光热敏折变玻璃和螺旋型强度分布的紫外光束，螺旋型强度分布的紫外光束辐照光热敏折变玻璃；S2：将照射过紫外光束的光热敏折变玻璃进行成核和析晶热处理，得到螺旋相位调制片，进而可高效、快速地产生涡旋光束，光热敏折变玻璃形成的螺旋相位调制片，激光诱导损伤阈值高，可承受10J/cm²@1064nm@3ns的能量密度，可直接用于生成高功率涡旋光束并且产生效率可达95％，对入射的激光偏振态无明确要求。该制备方法简单，制备得到的螺旋相位调制片有效通光口径大，可达数百毫米量级，螺旋相位调制形式可通过控制紫外光束光强分布而灵活改变；螺旋相位调制幅值可通过控制紫外光束辐照通量而灵活改变。

技术领域

本发明涉及一种螺旋相位调制片的制备方法及其产生涡旋光束的方法。

背景技术

涡旋光束又称为光学涡旋(Vortex Beam or Optical Vortices)，是一种具有孤立奇点的光场，其光场位中空分布，由于涡旋光场的相位分布为螺旋分布，使其携带光子轨道角动量(Orbital Angular Momentum)，涡旋光束也被称为OAM光束，在光镊、光学操控、光学捕获、光学扳手、显微成像、量子信息处理以及光通信等众多领域中有着潜在的应用。目前，国内外研究人员提出了许多涡旋光束的产生方法，其中包括腔外模式转换法以及腔内产生法。最常见的腔外产生方法就是螺旋相位片(Spiral Phase Plate，SPP)和螺旋相位反射镜(Spiral Phase Mirror，SPM)转换法，同时，作为替代方法，可重构衍射光学元件如：像素可控的空间光调制器以及数位微镜器，利用编码的方式作为折射率元件，形成螺旋形式的相位分布，从而对入射光形成相位调制，产生高质量的涡旋光束。除此之外，一些特殊结构的材料，例如超表面结构，也可以实现从高斯光束到涡旋光束的转化。高阶的涡旋光束也可通过激光谐振腔直接产生，为了滤除不必要的基模，典型的方法是在腔内加入模式选择元件，比如一个螺旋相位片或者反射镜，迫使谐振腔实现特定模式的涡旋光束运转。此外，还可以为包含环形激光泵浦热透镜或者使用带有中心缺陷点的共振镜等。但是，传统的涡旋光束产生方法无法兼顾大口径、高效率、高可靠性和高度紧凑等优点，同时，简单的螺旋相位片或者空间调制元件对入射激光偏振态具有苛刻要求，另外，由于激光损伤阈值较低，无法在高功率激光领域直接产生涡旋光束。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺旋相位调制片的制备方法，得到能够兼顾高效率、高可靠性和高度紧凑等优点，同时在高功率激光领域能够直接产生涡旋光束的螺旋相位调制片。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种螺旋相位调制片的制备方法，包括：

S1：提供光热敏折变玻璃和螺旋型强度分布的紫外光束，所述螺旋型强度分布的紫外光束辐照所述光热敏折变玻璃；

S2：将照射过紫外光束的光热敏折变玻璃进行成核和析晶热处理，得到螺旋相位调制片。

进一步地，所述螺旋型强度分布的紫外光束的发生装置包括紫外激光器、光束扩束准直器、可调口径光阑、以及空间光调制模块，所述紫外激光器发出紫外激光，所述紫外激光依次通过所述光束扩束准直器、所述可调口径光阑和所述空间调制光模块，得到螺旋型强度分布的紫外光束。

进一步地，所述螺旋型强度分布的紫外光束和所述光热敏折变玻璃之间还设置有像传递系统。

进一步地，所述紫外激光波长范围为200nm-400nm。

进一步地，所述空间光调制模块为紫外波段的空间光调制器或具有螺旋渐变透过率分布的光学调制板。

进一步地，所述光热敏折变玻璃为掺杂有钾、锡、铈、银、溴和氟离子的硅酸盐玻璃。

进一步地，所述光热敏折变玻璃的形状为矩形、圆形、正方形、以及三角形中的任一种。