[发明专利]一种产生高可控性离轴光学瓶的方法及系统

说明书

本发明提供一种产生高可控性离轴光学瓶的方法及系统，该方法包括：使用计算机模拟平面波与圆皮尔斯高斯光束干涉，获得相位全息图，并将相位全息图加载至反射式空间光调制器上；根据光学参数在计算机上绘制复合二阶啁啾涡旋相位，并将其加载至透射式空间光调制器上；用高斯光束照射反射式空间光调制器，使反射光通过空间滤波系统，并选取正一级条纹，获得圆皮尔斯高斯光束；使圆皮尔斯高斯光束穿过透射式空间光调制器，获得经复合二阶啁啾涡旋相位调制的圆皮尔斯高斯光束，使其在真空或无干扰的空气中传输，即可在传输过程中形成多次较强的聚焦，从而形成离轴光学瓶。本发明可对离轴光学瓶的连续调控，在粒子捕获及操纵方面更加高效，且自由度高。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种产生高可控性离轴光学瓶的方法及系统。

背景技术

所谓“光瓶”，指的是三维光束在传播过程中形成的一个闭合的暗空间结构。这一概念是在2000年、由J.Arlt等提出的，相较于此前由A.Ashkin等人在1986年提出的仅能对单个粒子操控的光镊，光学瓶由于其独特的结构，可以实现对多粒子的操控，从而备受关注。

此外，在2018年，X.Y.Chen等人提出了圆皮尔斯光束。作为从皮尔斯光束的衍生光束，其继承了皮尔斯光束所具有的自愈合特性，同时也具备了较强的聚焦能力。更重要的是，相较于圆艾里光束，圆皮尔斯光束在聚焦后不会产生震荡。这些特性使其在光学微操控领域具有巨大的潜力。

基于“光瓶”在应用方面的广泛前景，许多光学领域内的专家们尝试用不同的方法产生光学瓶，除了传统的相位调制，目前还有自成像、莫尔条纹、傅里叶空间产生法等。但从目前的技术来看，产生的光瓶种类多数为单个沿轴光瓶，即光瓶在光轴上生成，即便是轴外光瓶，也存在光瓶离轴程度较小且可调参数较少的问题，从而为应用带来一定的困难。

发明内容

有签于此，为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种产生高可控性离轴光学瓶的方法及系统，在粒子捕获及操纵方面更加高效，且自由度高。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一方面，本发明提供一种产生高可控性离轴光学瓶的方法，包括如下步骤：

使用计算机模拟平面波与圆皮尔斯高斯光束干涉，获得相位全息图，并将相位全息图加载至反射式空间光调制器S1上；

根据光学参数，在计算机上绘制复合二阶啁啾涡旋相位，并将其加载至透射式空间光调制器S2上；

用高斯光束照射反射式空间光调制器S1，使反射光通过空间滤波系统，并在空间滤波系统中选取正一级条纹，获得圆皮尔斯高斯光束；

使圆皮尔斯高斯光束穿过透射式空间光调制器S2，获得经复合二阶啁啾涡旋相位调制的圆皮尔斯高斯光束，使其在真空或无干扰的空气中传输，即可在传输过程中形成多次较强的聚焦，从而形成离轴光学瓶。

进一步地，圆皮尔斯高斯光束的具体调制为：

圆皮尔斯高斯光束在初始平面的解析式为：其中，定义为皮尔斯积分，x₀为含量纲缩放因子，w₀为高斯束宽；在计算机中模拟圆皮尔斯高斯光束与平面波进行干涉，获得相位全息图，并将该相位全息图加载至反射式空间光调制器S1上，用所述高斯光束进行照射，经空间滤波系统滤波后的出射光即为圆皮尔斯高斯光束。

进一步地，圆皮尔斯高斯光束经复合二阶啁啾涡旋相位调制具体为：