本發明專利技術涉及一種產生徑向或角向偏振自聚焦艾里光束的方法及其裝置。對準直高斯光束進行偏振態調整，得到沿一定方向偏振的線偏振高斯光束；經分光處理后，將得到的透射光束垂直入射至加載了位相信息圖的空間光調制器，經位相調制后以反射方式出射；再經分光處理后將得到的反射光束經傅里葉變換凸透鏡會聚后，在凸透鏡的焦點處通過環形光闌，得到線偏振自聚焦艾里光束；經徑向或角向偏振轉換處理，得到徑向或角向偏振自聚焦艾里光束。它不需借助聚焦光學元件即可進行自聚焦，焦點前光強較低，焦點處光強迅速增大，能量集中，定位精確，可應用于微粒捕獲、生物醫學等領域，屬應用光學技術領域。所提供的裝置結構簡單，易于調整，穩定性好。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種產生徑向或角向偏振自聚焦艾里光束的方法及其裝置，所產生的光束可應用于微粒捕獲、生物醫學等領域，屬應用光學
技術介紹
圓對稱艾里光束以其特有的自聚焦的性質引起了人們的極大興趣和廣泛關注，也被稱為自聚焦艾里光束。所謂自聚焦，是指光束不借助聚焦光學元件而由其自身傳輸性質導致光束在自由空間或介質中傳輸過程中發生聚焦。同時，艾里光束的自聚焦現象也非常特別，在聚焦前光束的光強較低，而在焦點處光強迅速增大，能量加速集中，焦點處的光強最大值可達到初始艾里光束光強最大值的幾十甚至上百倍。自聚焦艾里光束的上述特性使其在生物醫學治療、光學顯微操作等領域具有非常大的潛在應用價值。近年來，自聚焦艾里光束也被用于進行微粒捕獲和操控。同一般的光鑷裝置相比，由于艾里光束的自聚焦特性，在相同數值孔徑條件下的物鏡聚焦之后，自聚焦艾里光束能夠獲得更小的光斑半徑、更強的光強分布及更深的焦深。自聚焦的艾里光束在焦點處為實心光束，具體應用于微粒的光學囚禁時，在焦點處只能夠捕獲那些折射率大于周圍介質的微粒，而不適合對折射率小于周圍介質的微粒進行捕獲。因此，將自聚焦艾里光束在焦點處的實心光束改造成為軸向光強為零的空心光束，可以極大地拓展自聚焦艾里光束在很多領域的應用。如對于微粒捕獲而言，不僅可以突破自聚焦艾里光束所受上述折射率條件的限制，而且可以減弱光的散射作用，最大程度地減小對囚禁粒子的光學加熱損傷，提高光學囚禁效率。近年來，具有空間變化偏振分布的矢量光束因其具有的光學特性和巨大的潛在應用價值引起了學術界的廣泛關注。矢量光束可以分為均勻偏振和非均勻偏振光束，柱矢量光束就是一類典型的具有空間非均勻偏振狀態的柱矢量光束。柱矢量光束以其在高數值孔徑聚焦下的特性以及在粒子捕獲、光學數據存儲、材料熱處理、高分辨率成像、電子加速、電漿子聚焦、激光加工和自由空間光通信上的重要應用，得到了廣泛而深入的研究。徑向偏振和角向偏振光束是柱矢量光束中偏振形式比較特殊的兩種。徑向偏振光由于其偏振態關于光軸的對稱性以及始終存在軸上光強為零等特點而備受關注，其在光束橫截面上任意一點(中心點除外)上的局部偏振態為線偏振，但偏振方向沿著半徑方向；角向偏振光束在其光束橫截面上任意一點上的局部偏振態也是線偏振，但偏振方向與半徑方向正交。目前，在實驗中產生柱矢量偏振光束的方法有許多，根據產生方法是否涉及放大媒介，可以歸為主動和被動兩類。主動產生方法涉及使用激光腔內設備使激光在柱矢量偏振模內振蕩，如使用腔內軸向雙折射組件或利用錐形透鏡和布儒斯特角反射器創建的軸向腔內二向色性組件等；被動產生方法也有很多，如利用光纖或在自由空間中利用液晶空間光調制器或偏振轉換器等。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有技術存在的不足，為粒子捕獲、生物醫學微納手術等
提供一種具有重要應用價值的產生徑向和角向偏振自聚焦艾里光束的方法，并提供一種結構簡單，易于調整，穩定性好的產生徑向和角向偏振自聚焦艾里光束的裝置。為達到上述目的，本專利技術采用的技術方案是提供一種產生徑向或角向偏振自聚焦艾里光束的方法，包括如下步驟 (1)對準直高斯光束進行偏振態調整，得到沿一定方向偏振的線偏振高斯光束； (2)所述的線偏振高斯光束經分光處理后，將得到的透射光束垂直入射至加載了位相信息圖的空間光調制器，經位相調制后以反射方式出射； (3)再經分光處理后將得到的反射光束經傅里葉變換凸透鏡會聚后，在凸透鏡的焦點處通過環形光闌，得到線偏振自聚焦艾里光束； (4)將所述的線偏振自聚焦艾里光束進行徑向或角向偏振轉換處理，得到徑向或角向偏振自聚焦艾里光束。本專利技術技術方案還提供一種產生徑向或角向偏振自聚焦艾里光束的裝置，激光器發出準直高斯光束，經偏振片對光束進行偏振態調整，得到沿一定方向偏振的線偏振高斯光束；所述的線偏振高斯光束通過分光鏡后，將得到的透射光束垂直入射至加載了位相信息圖的空間光調制器，在空間光調制器液晶顯示屏上進行位相調制后以反射方式出射；再經分光鏡，將得到的反射光束通過傅里葉變換凸透鏡會聚后，經環形光闌，得到線偏振自聚焦艾里光束；所述的環形光闌設置在凸透鏡的焦點處；在環形光闌后放置偏振轉換器，將偏振轉換器的偏振狀態調整為徑向或角向偏振，所述的線偏振自聚焦艾里光束通過偏振轉換器后得到徑向或角向偏振自聚焦艾里光束。所述的激光器為半導體泵浦固體激光器；所述的分光鏡的透射率和反射率均為50% ;所述的空間光調制器為反射式空間光調制器，由與其連接的計算機輸入位相信息圖；所述的環形光闌的透光部分為光闌的環形區域，光闌中心圓形區域為遮光部分，光闌的內外孔徑固定；所述的偏振轉換器為液晶電壓調制式偏振轉換器，通過計算機控制加載電壓，調節光束偏振態，實現徑向偏振或角向偏振。由于上述技術方案的運用，本專利技術與現有技術相比具有下列優點1、本專利技術技術方案提供的艾里光束產生方法不需借助聚焦光學元件即可進行自聚焦，焦點前光強較低，焦點處光強迅速增大，能量集中，可精確定位利用。2、本專利技術技術方案直接利用線偏振高斯光束產生徑向或角向偏振自聚焦艾里光束，方法簡單，可靠。3、所提供的艾里光束產生裝置結構簡單，易于調整，穩定性好。附圖說明圖1是本專利技術實施例提供的一種徑向或角向偏振自聚焦艾里光束產生裝置的結構示意 圖2是本專利技術實施例提供的用于對光束進行位相調制的位相信息 圖3是本專利技術實施例提供的環形光闌的結構示意 圖4是本專利技術實施例1中產生的徑向偏振自聚焦艾里光束的光強分布圖(傳播距離z=0)； 圖5是本專利技術實施例1中產生的徑向偏振自聚焦艾里光束的光強分布圖(傳播距離z=0. 25m)； 附圖6是本專利技術實施例1中產生的徑向偏振自聚焦艾里光束在其自聚焦焦點處的光強分布圖(傳播距離z=0. 85m)； 圖7是本專利技術實施例1中產生的徑向偏振自聚焦艾里光束在光強分布圖(傳播距離z=l. 50m)； 圖8是本專利技術實施例1中驗證徑向偏振自聚焦艾里光束時的光強分布圖(傳播距離z=0，偏振片的偏振方向為豎直方向)； 圖9是本專利技術實施例1中驗證徑向偏振自聚焦艾里光束時的光強分布圖(傳播距離z=0，偏振片的偏振方向為水平方向)； 圖10是本專利技術實施例2中驗證角向偏振自聚焦艾里光束時的光強分布圖(傳播距離z=0，偏振片的偏振方向為豎直方向)； 圖11是本專利技術實施例2中驗證角向偏振自聚焦艾里光束時的光強分布圖(傳播距離z=0，偏振片的偏振方向為水平方向)； 圖1中1、激光器；2、偏振片；3、分光鏡；4、空間光調制器；5、9和11、計算機；6、凸透鏡；7、環形光闌；8、偏振轉換器；10、光束分析儀。具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本專利技術技術方案作進一步描述。實施例1 : 參見附圖1，它是本實施例提供的一種徑向和角向偏振自聚焦艾里光束產生裝置的結構示意圖，該裝置包括激光器1，偏振片2，分光鏡3，空間光調制器4，凸透鏡6，環形光闌7，偏振轉換器8，光束分析儀10，計算機5、9和11。由激光器I發出高斯光束，在本實施例中，激光器I為功率可調的半導體泵浦固體激光器，最大功率1. 8W，波長為532nm ;高斯光束經偏振片2得到沿豎直方向偏振的線偏振高斯光束；線偏振高斯光束通過分光鏡3分為反射光束和透射光束，所述的分光鏡3的透射率和反本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種產生徑向或角向偏振自聚焦艾里光束的方法，其特征在于包括如下步驟：（1）對準直高斯光束進行偏振態調整，得到沿一定方向偏振的線偏振高斯光束；（2）所述的線偏振高斯光束經分光處理后，將得到的透射光束垂直入射至加載了位相信息圖的空間光調制器，經位相調制后以反射方式出射；（3）再經分光處理后將得到的反射光束經傅里葉變換凸透鏡會聚后，在凸透鏡的焦點處通過環形光闌，得到線偏振自聚焦艾里光束；（4）將所述的線偏振自聚焦艾里光束進行徑向或角向偏振轉換處理，得到徑向或角向偏振自聚焦艾里光束。
【技術特征摘要】
1.一種產生徑向或角向偏振自聚焦艾里光束的方法，其特征在于包括如下步驟 (1)對準直高斯光束進行偏振態調整，得到沿一定方向偏振的線偏振高斯光束； (2)所述的線偏振高斯光束經分光處理后，將得到的透射光束垂直入射至加載了位相信息圖的空間光調制器，經位相調制后以反射方式出射； (3)再經分光處理后將得到的反射光束經傅里葉變換凸透鏡會聚后，在凸透鏡的焦點處通過環形光闌，得到線偏振自聚焦艾里光束； (4)將所述的線偏振自聚焦艾里光束進行徑向或角向偏振轉換處理，得到徑向或角向偏振自聚焦艾里光束。2.—種產生徑向或角向偏振自聚焦艾里光束的裝置，其特征在于激光器發出準直高斯光束，經偏振片對光束進行偏振態調整，得到沿一定方向偏振的線偏振高斯光束；所述的線偏振高斯光束通過分光鏡后，將得到的透射光束垂直入射至加載了位相信息圖的空間光調制器，在空間光調制器液晶顯示屏上進行位相調制后以反射方式出射；再經分光鏡，將得到的反射光束通過傅里葉變換凸透鏡會聚后，經環形光闌，得到線偏振自聚焦艾里光束；所述的環形光闌設...
【專利技術屬性】
技術研發人員：董元，趙承良，文偉，蔡陽健，
申請(專利權)人：蘇州大學，
類型：發明
國別省市：
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