[实用新型]一种拓扑数可调的涡旋光束生成装置、系统

权利要求书

1.一种拓扑数可调的涡旋光束生成装置，其特征在于：包括两个衍射光学元件，两个衍射光学元件的相位分别设置为Aθ²和-Aθ²，A为常数，用于控制所得涡旋光束的拓扑数的变化范围，所得涡旋光拓扑数取从0到4Aπ区间内的所有整数，θ为以衍射光学元件的中心为原点的方位角，两个衍射光学元件依次设置在光路上，激光束依次经两个衍射光学元件后被附上设定拓扑数的螺旋相位因子，变为环形涡旋光束，通过旋转一个或两个衍射光学元件控制两个衍射光学元件的角度差，来调整所得涡旋光束的拓扑数，当两个衍射光学元件的角度差增加所得涡旋光束的拓扑数增加1。

2.根据权利要求1所述的涡旋光束生成装置，其特征在于：所述衍射光学元件为圆形；衍射光学元件采用衍射光学元件。

3.根据权利要求1所述的涡旋光束生成装置，其特征在于：所述衍射光学元件包括两个端面，其中一个端面为平面端面，另一个端面为以中心为原点，高度随方位角变化的具有螺旋形状的台阶端面，其表面形状只与材料折射率、相位设置和激光波长有关；并且，对于任意一个衍射光学元件，其中心轴线应与准直激光束的光束相重合，激光束均能够由对应衍射光学元件的平面端面入射或者均能够由对应衍射光学元件的台阶端面入射，光束经过两个衍射光学元件以进行相位调制。

4.根据权利要求1所述的涡旋光束生成装置，其特征在于：两个衍射光学元件的角度差必须为的整数倍，所得光束才为涡旋光，拓扑数为这个倍数。

5.根据权利要求1所述的涡旋光束生成装置，其特征在于：两个衍射光学元件的中心轴线位于同一直线上。

6.根据权利要求1或5所述的涡旋光束生成装置，其特征在于：两个衍射光学元件中的第一衍射光学元件与第一驱动装置连接，通过第一驱动装置驱动第一衍射光学元件绕其中心轴线转动，或/和，两个衍射光学元件中的第二衍射光学元件与第二驱动装置连接，通过第二驱动装置驱动第二衍射光学元件绕其中心轴线转动。

7.一种拓扑数可调的涡旋光束生成系统，其特征在于：包括准直单元、聚焦单元以及如权利要求1至6任一所述的涡旋光束生成装置，所述涡旋光束生成装置设置在准直单元与聚焦单元之间的光路上；

所述准直单元用于对输入激光进行准直处理，得到准直激光束；

所述涡旋光束生成装置用于为准直单元出射的准直激光束附加上相应拓扑荷数的螺旋相位因子，变为环形光束，其拓扑荷数由两个衍射光学元件的角度差来决定；

所述聚焦单元用于对涡旋光束生成装置出射的环形光束进行聚焦，得到环形能量分布的光斑。

8.根据权利要求7所述的涡旋光束生成系统，其特征在于：还包括两个扫描振镜，所述两个扫描振镜设置在涡旋光束生成装置与聚焦单元之间的光路上，通过两块扫描振镜进行光路切换，改变聚焦面的焦点位置。

9.根据权利要求7所述的涡旋光束生成系统，其特征在于：在所述准直单元之前，还设置有激光器，该激光器出射的激光作为所述准直单元的输入激光，该激光器出射的激光为光强呈高斯分布的激光。