一种多边形部分相干涡旋光束产生系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113504656A(43)申请公布日2021.10.15(21)申请号202110775607.7(22)申请日2021.07.08(71)申请人苏州大学地址215000江苏省苏州市吴中区石湖西路188号(72)发明人张浩赵承良蔡阳健(74)专利代理机构苏州市中南伟业知识产权代理事务所(普通合伙)32257代理人王广浩(51)Int.Cl.G02B27/09(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称一种多边形部分相干涡旋光束产生系统及方法(57)摘要本发明涉及光学技术领域，公开了一种多边形部分相干涡旋光束产生系统及方法，包括计算机以及沿光路依次设置的激光器、准直扩束元件、第一透镜、光束打散元件、第二透镜、高斯滤波片、空间光调制器、第三透镜，所述空间光调制器与计算机连接，所述计算机用于将反常幂指数涡旋光束的全息图加载至空间光调制器。本发明可以实时灵活调控部分相干涡旋光束的几何结构，本发明可以简单方便的产生这种多边形部分相干涡旋光束，因而在微粒操纵领域具有重要的应用价值。进一步可通过调控幂指数因子和螺旋因子的数值来实现椭圆形、三角形、四边形、五角星形的光强分布。其光强分布比传统部分相干涡旋光束具有较高的调控自由度，且保留了较高的能量。CN113504656ACN113504656A权利要求书1/2页1.一种多边形部分相干涡旋光束产生系统，其特征在于，包括计算机以及沿光路依次设置的激光器、准直扩束元件、第一透镜、光束打散元件、第二透镜、高斯滤波片、空间光调制器、第三透镜，所述空间光调制器与计算机连接，所述计算机用于将反常幂指数涡旋光束的全息图加载至空间光调制器；所述激光器产生完全相干光束，所述准直扩束元件对完全相干光束进行准直扩束，所述第一透镜将准直扩束后的完全相干光束聚焦在光束打散元件上，所述光束打散元件将完全相干光束打散并生成完全非相干光束，所述第二透镜对完全非相干光束进行傅里叶变换，所述高斯滤波片对经过傅里叶变换后的完全非相干光束进行滤波得到具有高斯光强分布的部分相干光束，所述空间光调制器对部分相干光束进行调制，所述第三透镜将调制后的光束进行聚焦并得到具有多边形结构的部分相干涡旋光束。2.如权利要求1所述的多边形部分相干涡旋光束产生系统，其特征在于，所述反常幂指数涡旋光束的全息图的复透过率函数表示为：t＝exp[i·(angle(E(r,θ))+P)]其中，angle(.)为对该反常幂指数涡旋求相位的函数，P为闪耀光栅的相位表达式，对该复透过率函数t的模求平方可得到产生反常幂指数涡旋光束的全息图；其中，P的表达式为：P＝2πx/D其中，D表示该闪耀光栅的相位周期，x表示笛卡尔坐标系的x轴坐标，所述闪耀光栅用于将产生的多边形部分相干涡旋光束与零级光斑分离开。3.如权利要求1所述的多边形部分相干涡旋光束产生系统，其特征在于，具有多边形结构的部分相干涡旋光束的交叉谱密度函数表示为：*W(r1,θ1,r2,θ2)＝<E(r1,θ1)E(r2,θ2)>(1)其中，<>表示求系综平均运算，“*”表示求复共轭运算。E(r,θ)表示完全相干时，反常幂指数涡旋光束电场，r表示径向因子，θ表示角向因子，其电场可以表示为：其中，w0表示光束初始的束腰半径，i为虚数单位，rem(.)为求余函数，m为螺旋因子，n为幂指数因子，通过调控螺旋因子m和幂指数因子n的大小，可以调控部分相干涡旋光束的光强分布；将公式(2)代入公式(1)，即得到在空间‑频率域中该多边形部分相干涡旋光束的交叉谱密度表达式：其中，σ表示光束的初始相干长度，式中第二项即为传统的高斯关联函数。4.如权利要求1所述的多边形部分相干涡旋光束产生系统，其特征在于，还包括相机，所述相机对产生的具有多边形结构的部分相干涡旋光束进行成像。2CN113504656A权利要求书2/2页5.如权利要求1所述的多边形部分相干涡旋光束产生系统，其特征在于，所述光束打散元件为旋转毛玻璃，所述旋转毛玻璃的表面具有服从高斯统计分布的微小颗粒。6.如权利要求1所述的多边形部分相干涡旋光束产生系统，其特征在于，所述准直扩束元件为扩束器。7.一种多边形部分相干涡旋光束产生方法，其特征在于，包括：产生完全相干光束；对完全相干光束进行准直扩束；将完全相干光束打散并生成完全非相干光束；对完全非相干光束进行傅里叶变换；对经过傅里叶变换后的完全非相干光束进行滤波得到具有高斯光强分布的部分相干光束；利用加载了反常幂指数涡旋光束的全息图的空间光调制器对部分相干光束进行调制；将调制后的光束进行聚焦并得到具有多边形结构的部分相干涡旋光束。8.如权利要求7所述的多边形部分相干涡旋光束产生方法，其特征在于，利用旋转毛玻璃将完全相干光束打散并