[发明专利]一种生成复合涡旋光的复合螺旋相位板、系统和方法

说明书

本发明公开了一种生成复合涡旋光的复合螺旋相位板、系统和方法，涉及制备涡旋光技术领域，包括底板，所述底板上设有一圆环区域和一圆形区域，所述圆形区域和圆环区域均有一最薄半径位置，圆形区域最薄半径位置沿圆周方向逐渐变厚构成圆形螺旋相位板区域，圆环区域最薄半径位置沿圆周方向逐渐变厚构成圆环螺旋相位板区域，现有的光合束器法生成复合涡旋光具有精确度差的缺陷，本技术方案所述生成复合涡旋光的复合螺旋相位板，结构简单，所需的光学元件少，成本低，生成的共轴复合涡旋光精度高、同轴性好，且对入射光的光强无要求，可将任意光强的入射光转换成共轴复合涡旋光。

技术领域

本发明涉及制备涡旋光技术领域，更具体地，涉及一种生成复合涡旋光的复合螺旋相位板、系统和方法。

背景技术

涡旋光束是一类具有环形光强分布，螺旋型波前结构的光束，除了具有自旋角动量还额外具有轨道角动量。在传输过程中，光束中心具有相位奇点，在奇点处光强为零。目前涡旋光主要应用于小粒子操纵及捕获，量子通讯技术，光学成像以及生物物理领域。涡旋光可以利用激光经过螺旋相位板得到，通过螺旋相位板产生的涡旋光效率高，适用频带宽，效果好。

复合涡旋光相比传统的单涡旋光，提高了空间利用率。传统单环涡旋光仅可以携带一份轨道角动量信息，而多环的复合涡旋光可以利用同一条信道传输多倍的轨道角动量信息，这将进一步提升光通信的通信密度和传输速度，并且相较于传统的单涡旋光，复合涡旋光可以在一个光轴上产生方向不同的涡旋光，因此复合涡旋光在操控微粒方面也有着广阔的应用前景。

目前常见的生成共轴复合涡旋光的方法是通过在两条光路分别产生涡旋光，使用光合束器将其组合到共轴光路上。该方法产生的涡旋光精确度差容易产生对准误差，在传播一段距离后产生离轴，并且所需光学元件较多。

另外，还有采用干涉全息法生成共轴复合涡旋光，计算复合涡旋光的干涉图形，通过空间光调制器或胶片生成全息光栅，生成复合涡旋光。这种方法需要使用空间光调制器，或者制作微缩胶片，成本高，同时空间光调制器对入射光的光强有要求，不能像螺旋相位板一样对任意光强的入射光都可以调制。

公开号为CN202041740U，公开日：2011-11-16，提出的一种参数可调的具有不透明电极的螺旋相位板，通过控制折射率匹配液和固体螺旋相位板的折射率差，可调节螺旋相位板的参数，从而改变涡旋光的参数，但该螺旋相位板仍只能生成单涡旋光，无法生成复合涡旋光。

发明内容

本发明为克服上述技术问题，提供一种对入射光的光强无要求，能够生成高精度、同轴性好的共轴复合涡旋光的复合螺旋相位板。

本发明的技术方案如下：

一种生成复合涡旋光的复合螺旋相位板，包括底板，所述底板上设有圆形区域及圆环区域，所述圆环区域设置在圆形区域的圆周外侧，圆形区域与圆环区域的圆心相同，圆形区域的厚度沿轴线方向呈螺旋状逐渐变厚构成所述复合螺旋相位板的圆形螺旋相位板区域，圆环区域的厚度沿轴线方向呈螺旋状逐渐变厚构成所述复合螺旋相位板的圆环螺旋相位板区域，底板在圆形区域和圆环区域之外的区域涂有不透明涂层。

本技术方案中，在底板上设置透明的圆形区域和圆环区域，并且圆形区域和圆环区域的结构沿圆周方向逐渐变厚，使其形成同心的圆形螺旋相位板区域和圆环螺旋相位板区域，当激光经过同心的圆形螺旋相位板区域和圆环螺旋相位板区域后，可形成共轴复合涡旋光，本发明复合螺旋相位板结构简单，所需的光学元件少，成本低，生成的共轴复合涡旋光精度高、同轴性好，且对入射光的光强无要求，可将任意光强的入射光转换成共轴复合涡旋光。

进一步地，所述圆形区域和圆环区域均沿逆时针方向逐渐变厚。

进一步地，所述圆形区域和所述圆环区域任意弧度处与最薄半径位置相差的厚度为：

h＝lλθ/2π(n-1)