[发明专利]一种产生可切换光学环形晶格的方法

说明书

本发明提供了一种产生可切换光学环形晶格的方法，该方法包括：将预设的复振幅掩膜预先加载至相位型空间光调制器，所述复振幅掩膜为携带相同手性、不同拓扑荷的叠加圆艾里涡旋光束所对应的复振幅掩膜；其中，所述复振幅掩膜的多个参数是实时可调的；令平面光波入射到所述空间光调制器，对所述空间光调制器出射的光进行傅里叶逆变换，获得带有手性径向结构的光学环形晶格。本发明利用复振幅调制技术以及基于角谱理论的数字传播技术，将得到的固定平面处的叠加圆艾里光束的复振幅掩膜加载在空间光调制器上，再通过傅里叶逆变换来获得固定平面处的可实时切换的光学环形晶格。本发明的上述技术在全息光镊、激光加工和光通信等领域具有重要价值。

技术领域

本发明涉及一种产生可切换光学环形晶格的方法，属于光学领域。

背景技术

光学晶格是由多光束干涉而形成的周期性势阱阵列，其阵列结构具有可编辑性，与固体物理中的晶格结构类似。因其结构可控且具有多样性，使其在原子捕获冷却、光子晶体光刻、微纳操纵、超分辨显微镜和光通信等领域都具有重要应用。光学晶格的空间结构取决于干涉光波的波矢，波矢的布局决定了光学晶格的空间形貌、周期和晶胞形状等特征。以往，光学晶格的产生方式有四光纤法、塔尔波特效应法等，这些方法产生的光晶格在空间维度、周期以及排列样式方面仍受限于干涉光波的数目和波矢。迄今为止，光学环形晶格可以通过叠加携带轨道角动量的圆对称结构光场来产生，如拉盖尔-高斯光束、贝塞尔光束和完美涡旋光束等。然而，现有方式下生成的环形晶格在远距离传播中不断扩展，不利于空间光通信等方面的应用，而且产生的环形晶格空间结构单一，难以实现对晶格结构的灵活调控。因此，当前仍需一种装置简单、操作方便并能形成可切换的复杂晶格结构的方法来解决这一问题。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提出一种产生可切换光学环形晶格的方法，用以解决现有技术存在产生的环形晶格空间结构单一、难以实现对晶格结构的灵活调控的问题。

根据本发明的一方面，提供了一种产生可切换光学环形晶格的方法，所述方法包括：将预设的复振幅掩膜预先加载至相位型空间光调制器，所述复振幅掩膜为携带相同手性、不同拓扑荷的叠加圆艾里涡旋光束所对应的复振幅掩膜；其中，所述复振幅掩膜的多个参数是实时可调的；令平面光波入射到所述空间光调制器，对所述空间光调制器出射的光进行傅里叶逆变换，获得带有手性径向结构的光学环形晶格。

进一步地，所述多个参数作为所述复振幅掩膜的多个可调参数，其中，每个可调参数对应于多个预设值；所述方法还包括：选择复振幅掩膜的多个可调参数中的一个或多个作为要调整的参数，将所述要调整的参数从当前值调整为各自对应的目标值，实现从当前获得的光学环形晶格到目标光学环形晶格之间的切换。

进一步地，所述方法获得的光学环形晶格为光学环形明场晶格或光学环形暗场晶格。

进一步地，所述将预设的复振幅掩膜预先加载至相位型空间光调制器的步骤包括：将携带相同手性、不同拓扑荷的两束圆艾里涡旋光束叠加，利用复振幅调制技术以及基于角谱理论的数字传播技术，得到固定平面处的叠加圆艾里光束的傅里叶光谱全息图，将其编码在空间光调制器上。

进一步地，所述多个可调参数包括以下参数中的至少一个参数：目标光场的传播距离；所述两束圆艾里涡旋光束各自的初始发射角参数；所述两束圆艾里涡旋光束各自的拓扑荷；其中，所述目标光场为所述叠加圆艾里涡旋光束对应的光场。

进一步地，加载至所述空间光调制器的复振幅掩膜的表达式为：

其中，表示对应的复振幅掩膜，表示叠加圆艾里涡旋光束傅里叶变换后的相位，表示叠加圆艾里涡旋光束的频域坐标，为闪耀光栅的相位，mod为取模运算符，为闪耀光栅的相位深度。

进一步地，所述对所述空间光调制器出射的光进行傅里叶逆变换的步骤包括：将所述空间光调制器置于透镜的前焦面，使得从所述空间光调制器出射的光经所述透镜进行傅里叶逆变换，以在所述透镜的后焦面上得到目标叠加圆艾里涡旋光束。