一種完美IG渦旋光束的產(chǎn)生裝置，包括一連續(xù)波激光器，所述連續(xù)波激光器發(fā)出的光束經(jīng)反射鏡照射在準直擴束器上，經(jīng)準直擴束器準直的光束依次穿過起偏器、分束立方體，由分束立方體反射的光束照射在反射式空間光調(diào)制器上，經(jīng)反射式空間光調(diào)制器反射的光束重新照射在分束立方體上，并透過分束立方體照射在小孔光闌上，透過小孔光闌的光束照射在檢偏器上，由檢偏器透射的光束經(jīng)凸透鏡照射在CCD相機上。本發(fā)明專利技術有益效果：本發(fā)明專利技術完美IG渦旋光束的產(chǎn)生裝置和方法能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)可實時在線自由調(diào)控的橢圓形完美渦旋光束，渦旋光束的半徑可不隨拓撲荷值變化。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及微粒光操縱和光學測試領域，具體地說是一種完美IG渦旋光束的產(chǎn)生裝置及產(chǎn)生方法。
技術介紹
渦旋光束在光學誘捕、操縱微小粒子等方面有著廣泛的應用。成為近年來信息光學領域一個非常重要的研究熱點。但是普通的渦旋光束中心暗斑的大小隨著拓撲荷值的增加而增大。然而，在光學渦旋相關的俘獲和操縱微粒的應用場合中，往往希望同時得到大的拓撲荷與較小的中心暗斑。為了解決這個問題，2013年，AndreyS.Ostrovsky等人提出了完美渦旋的概念，該渦旋光束亮環(huán)半徑不依賴于拓撲荷值【Opt.Lett.38,5342013】。但該方法伴隨完美渦旋光束均會產(chǎn)生額外的雜散光環(huán)。2015年，PravinVaity等通過對貝塞爾-高斯光束做傅里葉變換，從而獲得無額外光環(huán)的整數(shù)階完美渦旋【Opt.Lett.40,5972015】。另一方面，橢圓空心光束由于只要改變橢圓率即可改變光束的形狀。因此，在微操控冷原子團簇等方面倍受關注。2004年Bandres,MiguelA.等人提出的Ince-Gaussian(IG)渦旋光束【J.Opt.Soc.Am.A.21,8732004】由于具有穩(wěn)定的橢圓形光強分布，一直以來受到研究者們的關注。2006年，Bentley,J.B，Davis,J.A.等人通過液晶顯示器在實驗上生成了IG渦旋光束【Opt.Lett.31,6492006】。2011年，MikeWoerdemann等人，使用IG渦旋光束進行微粒的操縱【AppliedPhysicsLetters.98,1111012011】。綜上所述，在渦旋光束研究領域中，尚缺少一種可用于微粒操縱的半徑不隨拓撲荷值變化的橢圓渦旋光束（即完美IG渦旋光束）的產(chǎn)生裝置和產(chǎn)生方法。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種完美IG渦旋光束的產(chǎn)生裝置及產(chǎn)生方法，用于產(chǎn)生一種半徑不隨拓撲荷值變化的橢圓渦旋光束。本專利技術為解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種完美IG渦旋光束的產(chǎn)生裝置，包括一連續(xù)波激光器（100），所述連續(xù)波激光器（100）發(fā)出的光束經(jīng)反射鏡（110）照射在準直擴束器（120）上，經(jīng)準直擴束器（120）準直的光束依次穿過起偏器（140）、分束立方體（150），由分束立方體（150）反射的光束照射在反射式空間光調(diào)制器（200）上，經(jīng)反射式空間光調(diào)制器（200）反射的光束重新照射在分束立方體（150）上，并透過分束立方體（150）照射在小孔光闌（210）上，透過小孔光闌（210）的光束照射在檢偏器（141）上，由檢偏器（141）透射的光束經(jīng)凸透鏡（130）照射在CCD相機（300）上，所述的反射式空間光調(diào)制器（200）和CCD相機（300）均與計算機（400）連接，CCD相機（300）捕捉到的光強圖樣傳輸?shù)接嬎銠C（400）進行處理。利用完美IG渦旋光束的產(chǎn)生裝置產(chǎn)生完美渦旋光束的方法，包括以下步驟：步驟一、結(jié)合計算全息原理，利用計算機（400）生成透過橢圓形錐透鏡的IG渦旋光束與平面波干涉的光強圖，具體過程如下：平面波的電場表示為：其中，E0表示振幅強度；k表示波數(shù)；z表示傳播距離；垂直入射到橢圓形錐透鏡上的高斯調(diào)制的IG渦旋光束的電場表示為：其中，為振幅常數(shù)；為束腰半徑；i為虛數(shù)單位；和分別為橢圓坐標系的徑向和角向橢圓變量；表示橢圓坐標系的橢圓率；和分別為偶次和奇次因斯多項式；m是因斯多項式的級數(shù)，同時也等于拓撲荷數(shù)；p為因斯多項式的階數(shù)，m和p始終具有相同的奇偶性；橢圓形錐透鏡的復振幅透過率函數(shù)為：式中，n為橢圓形錐透鏡材料折射率，a為橢圓形錐透鏡的錐角，即橢圓形錐透鏡錐面與底平面的夾角；k為波數(shù)，R為橢圓形錐透鏡光瞳半徑；IG渦旋光束經(jīng)過橢圓形錐透鏡后與平面波干涉的復振幅分布為：；步驟二、生成復振幅E1的光強圖作為全息圖，并利用計算機（400）將其寫入反射式空間光調(diào)制器（200）；步驟三、打開連續(xù)波激光器（100）電源，連續(xù)波激光器（100）發(fā)出的光束被反射鏡（110）反射后，進入準直擴束器（120）進行擴束準直，準直后的光束近似為平面波，并經(jīng)過起偏器（140）后變?yōu)榫€偏振光，照射在分束立方體（150）上；經(jīng)分束立方體（150）后的光束被分為兩束，一束為反射光，一束為透射光；所述的反射光束照射在反射式空間光調(diào)制器（200）上；步驟四、照射在反射式空間光調(diào)制器（200）上的光束用來衍射再現(xiàn)經(jīng)橢圓形錐透鏡調(diào)制的IG渦旋光束；衍射再現(xiàn)的光束經(jīng)過分束立方體（150）后照射在小孔光闌（210）上，用以篩選出+1級衍射光束，之后通過檢偏器（141）照射在凸透鏡（130）上進行傅里葉變換生成完美IG渦旋光束。步驟四中生成的完美IG渦旋光束在CCD相機（300）中成像后，圖像進入計算機（400）進行后續(xù)分析；根據(jù)計算機（400）的分析結(jié)果，通過調(diào)節(jié)步驟一中m和p的數(shù)值，得到光環(huán)大小不同的完美IG渦旋光束。本專利技術的有益效果是：與現(xiàn)有技術相比，本專利技術完美IG渦旋光束的產(chǎn)生裝置和方法能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)可實時在線自由調(diào)控的橢圓形完美渦旋光束，渦旋光束的半徑可不隨拓撲荷值變化；本專利技術裝置具有原理簡潔、成本低廉、參數(shù)可實時在線調(diào)節(jié)、易于操作的優(yōu)點；可廣泛應用于微粒光操縱、光學測試等領域。附圖說明圖1為本專利技術完美IG渦旋光束產(chǎn)生裝置的結(jié)構示意圖；圖2為m=7，p=11時計算機記錄的完美IG渦旋光束的光強圖；圖3為m=9，p=11時計算機記錄的完美IG渦旋光束的光強圖；圖4為m=11，p=11時計算機記錄的完美IG渦旋光束的光強圖；圖5為m=10，p=14時計算機記錄的完美IG渦旋光束的光強圖；圖6為m=12，p=14時計算機記錄的完美IG渦旋光束的光強圖；圖7為m=14，p=14時計算機記錄的完美IG渦旋光束的光強圖。圖中標記：100、連續(xù)波激光器，110、反射鏡，120、準直擴束器，130、凸透鏡，140、起偏器，141、檢偏器，150、分束立方體，200、反射式空間光調(diào)制器，210、小孔光闌，300、CCD相機，400、計算機。具體實施方式一種完美IG渦旋光束的產(chǎn)生裝置，包括一連續(xù)波激光器（100），所述連續(xù)波激光器（100）發(fā)出的光束經(jīng)反射鏡（110）照射在準直擴束器（120）上，經(jīng)準直擴束器（120）準直的光束依次穿過起偏器（140）、分束立方體（150），由分束立方體（150）反射的光束照射在反射式空間光調(diào)制器（200）上，經(jīng)反射式空間光調(diào)制器（200）反射的光束重新照射在分束立方體（150）上，并透過分束立方體（150）照射在小孔光闌（210）上，透過小孔光闌（210）的光束照射在檢偏器（141）上，由檢偏器（141）透射的光束經(jīng)凸透鏡（130）照射在CCD相機（300）上，所述的反射式空間光調(diào)制器（200）和CCD相機（300）均與計算機（400）連接，CCD相機（300）捕捉到的光強圖樣傳輸?shù)接嬎銠C（400）進行處理。利用完美IG渦旋光束的產(chǎn)生裝置產(chǎn)生完美渦旋光束的方法，包括以下步驟：步驟一、結(jié)合計算全息原理，利用計算機（400）生成透過橢圓形錐透鏡的IG渦旋光束與平面波干涉的光強圖，具體過程如下：平面波的電場表示為：其中，E0表示振幅強度；k表示波數(shù)；z表示傳播距離；垂直入射到橢圓形錐透鏡上的高斯調(diào)制的IG渦旋光束的電場表示為：其中，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種完美IG渦旋光束的產(chǎn)生裝置，其特征在于：包括一連續(xù)波激光器（100），所述連續(xù)波激光器（100）發(fā)出的光束經(jīng)反射鏡（110）照射在準直擴束器（120）上，經(jīng)準直擴束器（120）準直的光束依次穿過起偏器（140）、分束立方體（150），由分束立方體（150）反射的光束照射在反射式空間光調(diào)制器（200）上，經(jīng)反射式空間光調(diào)制器（200）反射的光束重新照射在分束立方體（150）上，并透過分束立方體（150）照射在小孔光闌（210）上，透過小孔光闌（210）的光束照射在檢偏器（141）上，由檢偏器（141）透射的光束經(jīng)凸透鏡（130）照射在CCD相機（300）上，所述的反射式空間光調(diào)制器（200）和CCD相機（300）均與計算機（400）連接，CCD相機（300）捕捉到的光強圖樣傳輸?shù)接嬎銠C（400）進行處理。
【技術特征摘要】
1.一種完美IG渦旋光束的產(chǎn)生裝置，其特征在于：包括一連續(xù)波激光器（100），所述連續(xù)波激光器（100）發(fā)出的光束經(jīng)反射鏡（110）照射在準直擴束器（120）上，經(jīng)準直擴束器（120）準直的光束依次穿過起偏器（140）、分束立方體（150），由分束立方體（150）反射的光束照射在反射式空間光調(diào)制器（200）上，經(jīng)反射式空間光調(diào)制器（200）反射的光束重新照射在分束立方體（150）上，并透過分束立方體（150）照射在小孔光闌（210）上，透過小孔光闌（210）的光束照射在檢偏器（141）上，由檢偏器（141）透射的光束經(jīng)凸透鏡（130）照射在CCD相機（300）上，所述的反射式空間光調(diào)制器（200）和CCD相機（300）均與計算機（400）連接，CCD相機（300）捕捉到的光強圖樣傳輸?shù)接嬎銠C（400）進行處理。2.利用權利要求1所述的完美IG渦旋光束的產(chǎn)生裝置產(chǎn)生完美渦旋光束的方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟一、結(jié)合計算全息原理，利用計算機（400）生成透過橢圓形錐透鏡的IG渦旋光束與平面波干涉的光強圖，具體過程如下：平面波的電場表示為：其中，E0表示振幅強度；k表示波數(shù)；z表示傳播距離；垂直入射到橢圓形錐透鏡上的高斯調(diào)制的IG渦旋光束的電場表示為：其中，為振幅常數(shù)；為束腰半徑；i為虛數(shù)單位；和分別為橢圓坐標系的徑向和角向橢圓變量；表示橢圓坐標系的橢圓率；和分別為偶次和奇次因斯多項式；m是因斯多項式的級數(shù)，同時也等于拓撲荷數(shù)；p為因斯多項式的階數(shù)...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：李新忠，馬海祥，李賀賀，臺玉萍，王靜鴿，甄志強，
申請(專利權)人：河南科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：河南;41
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