[发明专利]一种用于产生可控多焦点阵列的相位调制方法

说明书

本发明公开了一种用于产生可控多焦点阵列的相位调制方法，涉及光学成像技术领域，具体步骤包括如下：根据预期焦点数，构建多区域相位分布图；根据纯相位分布公式，获得各焦点相位参数；通过MATLAB仿真将所述各焦点相位参数填充所述多区域相位分布图，得到多焦点相位图；将所述多焦点相位图加载在空间光调制器上进行相位调制，再利用光束紧聚焦产生多焦点阵列。相对于传统利用迭代的方法产生多焦点，这种方法计算耗时短，具有焦点位置、数量均可控的特点，在光存储、多点微成像、激光微纳加工、光学操纵和捕获等方面具有巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，更具体的说是涉及一种用于产生可控多焦点阵列的相位调制方法。

背景技术

传统的激光多焦点产生的方法有利用分束器、微透镜阵列等其他光学元件将一束光束分为多束光束，进而在焦平面上形成二维多焦点阵列。空间光调制器因其能够更方便快捷产生多焦点。目前基于空间光调制器相位调制方法有很多，例如物镜入瞳处的纯相位模式可以利用二维傅里叶变换迭代算法得到，例如GS算法。但是由于存在层间干扰，无法产生具有高均匀性的衍射多个焦斑。2014年，M.Gu等人利用矢量Debye衍射三维傅里叶变换理论实现了消球差的三维多焦点阵列和三维并行记录。同年，Linwei Zhu等人提出三维形状可控的多焦点可以利用二维纯相位调制光栅在高数值孔径物镜后光阑附加上轴向位移纯相位调制来产生。然而，这些理论都需要大量的叠加算法，计算量较大，需要很长的时间甚至有时得不到唯一解。所以，如何制备具有焦点数量、位置可控的高均匀度的多焦点阵列，对本领域技术人员来说是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于产生可控多焦点阵列的相位调制方法，利用构建多区域相位分布图对激光光束进行相位调制，通过光束紧聚焦产生多焦点阵列。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于产生可控多焦点阵列的相位调制方法，具体步骤包括如下：

根据预期焦点数，构建多区域相位分布图；

根据纯相位分布公式，获得各焦点相位参数；

通过MATLAB仿真将所述各焦点相位参数填充所述多区域相位分布图，得到多焦点相位图；

将所述多焦点相位图加载在空间光调制器上进行相位调制，再利用光束紧聚焦产生多焦点阵列。

所述构建多区域相位分布图的具体步骤为：

将入射光束截面区域均等分为N个区域，所述入射光束截面区域分为中心为一个圆形区域和所述圆形区域周围为N-1个扇环，其中N为奇数且大于1；

将每个所述扇环均等分为M个子扇环，每个子扇环的角度为所述圆形区域均等分为M个子区域；

若M为偶数，将所述圆形区域均等分为M个扇形；

若M为奇数，将所述圆形区域均等分为中心为一个子圆形区域和所述子圆形区域周围M-1个第一扇环。

所述圆形区域的半径为其中R为所述入射光束的半径；所述扇环的角度为

每个所述扇形的角度为所述子圆形区域的半径为每个所述第一扇环的角度为

所述纯相位分布公式为：

其中，(x₀，y₀)为后光阑的直角坐标，λ为激光波长，R为孔径光阑半径，n_t为透镜浸没介质折射率，NA为透镜的数值孔径，(Δx，Δy)为焦点位置坐标。

所述子扇环的个数与所述预期焦点数相同。