专利名称：产生径向贝塞尔-高斯光束的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用计算全息、消涡旋相位和偏振转换的技术产生径向偏振贝塞尔-高斯光束的系统。
背景技术：
近年来，空心光束作为激光导管、光学镊子和光学扳手等工具广泛应用于捕获、操控微观粒子的研究。贝塞尔光束是一类无衍射的空心光束。1986年，J.Durnin从波动方程中得了一个严格的解。这个解有一个非常奇特的现象，传播过程中其光强等于初始光强，光强分布与他的传播距离无关，随着传播距离的增加，光束不发散。也就是说得到的这样的光束没有衍射效应。由于它的特殊本性决定了贝塞尔光束表现出来一些其它现象，比如说自我修复的现象。当贝塞尔光束被障碍物体挡住了一部分时，它在传输过程中缺失的部分会慢慢的自我补偿回来，从而保持与初始光斑一样的形状，这就是贝塞尔光束的自我修复现象。贝塞尔光束只是一个理想的数学模型，无法从实验上产生。因为理想的高阶贝塞尔光束携带了无穷大的能量，违反了能量守恒定律。但是，后来F.Gori提出了一个新的数学模型就是贝塞尔高斯光束。贝塞尔高斯光束是在贝塞尔光束上加一个高斯轮廓分布的调制，从而把它的能量限制到有限的范围。这样的光束可以很容易地从实验上产生，而且它也具有贝塞尔光束的特性。光的另外一个基本特性就是偏振性。科研中使用最多的光束通常是线偏振、圆偏振、椭圆偏振、非偏振等。近年来一种空间偏振分布非均匀的径向偏振光束得到了极大的关注。较一般的线偏振光，它具有很多优点。2000年，美国罗切斯特大学光学研究中心K.S.Youngworth和T.G.Brown等人在Opt.Express上发表文章,理论上计算了径向偏振光经过高数值孔径物镜聚焦后可以获得强的非传播纵向场分量，从而形成尖锐的焦点。还有它在其他方面的应用促使更多的科研工作者把经历投向径向光束的研究。2006年，日本东北大学的Sato等人利用C-切割晶体的双折射性质，设计了特殊光谐振腔生成径向偏振光，从而实现了直接从激光 器里输出径向偏振光束。Vyas等人理论研究了聚焦的径向偏振贝塞尔高斯光束在焦平面上的自我愈合特性。他们的研究表明径向偏振贝塞尔高斯光束较标量的贝塞尔高斯光束的自我愈合能力强，自我愈合效果好。径向偏振光得到了大量的研究，不同的产生方法陆续被报道。但是他们产生的都是单环的空心径向偏振光束。同时他们产生的径向偏振光束不具有自我修复能力。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型提供了一种产生径向偏振贝塞尔-高斯光束的系统，该系统可以通过产生不同的全息图来产生不同环数的径向偏振贝塞尔高斯光束，同时具有自我修复能力。为了实现上述目的，本申请提供的技术方案如下:—种产生径向贝塞尔-高斯光束的系统，包括:[0008]光源，产生线偏振光；扩束器，对所述线偏振光进行扩束；空间光调制器，接收所述扩束后的线偏振光并产生一阶贝塞尔高斯光束；涡旋相位板，消除所述贝塞尔高斯光束的涡旋相位；径向偏振转换器，将消去涡旋相位的贝塞尔高斯光束转换成径向偏振光。作为本实用新型的进一步改进，所述光源为氦氖激光器，产生竖直方向偏振的线偏振光。作为本实用新型的进一步改进，还包括计算机，所述计算机生成的计算全息图加载到所述空间光调制器上形成计算全息光栅，以产生I阶的贝塞尔高斯光束。作为本实用新型的进一步改进，所述涡旋相位板的拓扑荷为I。与现有技术相比，本实用新型沿着产生线偏振光的光源的光线方向依次放置扩束器、由计算机控制的空间光调制器、拓扑荷为I的涡旋相位板、径向偏振转换器；径向偏振转换器紧贴拓扑荷为I的涡旋相位板。将计算机生成的计算全息图加载到所述空间光调制器上形成计算全息光栅，从而产生I阶的贝塞尔高斯光束。这时的贝塞尔高斯光束是具有涡旋相位的。为了消除涡旋相位，需要在光路中插入了一个涡旋相位板。旋转涡旋相位板使他的相位结构分布刚好和空间光调制器出来的贝塞尔高斯光束的相位结构分布相反。本实用新型采用这种方法消除了贝塞尔高斯光束的涡旋相位。紧接着让消除涡旋相位的贝塞尔高斯光束通过径向偏振转换器。从径向偏振转换器出来的光束就是径向偏振贝塞尔高斯光束。由于计算机全息图的灵活性，所以可以通过产生不同的全息图来产生不同环数的径向偏振贝塞尔高斯光束，同时产生的径向偏振光束具有自我修复能力。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1所示为本实用新型具体实施例中产生径向贝塞尔-高斯光束的系统的结构示意图；图2所示为本实用新型具体实施例中空间光调制器上加载的全息图；图3所示为本实用新型具体实施例中得到的4环径向偏振贝塞尔高斯光束光斑图和经过检偏器后的光斑图；图4所示为本实用新型具体实施例中得到的单环径向偏振贝塞尔高斯光束光斑图和经过检偏器后的光斑图。
具体实施方式
径向偏振光得到了大量的研究，不同的产生方法陆续被报道。但是他们产生的都是单环的空心径向偏振光束。同时他们产生的径向偏振光束不具有自我修复能力。因此本实施例提出了可以产生多环的、具有自我修复能力的径向偏振光束。本实施例是把计算全息光栅图加载到空间光调制器产生一阶贝塞尔高斯光束，然后用涡旋相位板消去一阶贝塞尔高斯的涡旋相位，最后通过径向偏振转换器而得到径向偏振贝塞尔高斯光束。该方法不仅实验条件简单、而且容易操控，是一种比较好的方法。本实施例的技术方案是:径向偏振贝塞尔高斯光束的光场可以表不成:
权利要求1.一种产生径向贝塞尔-高斯光束的系统,其特征在于,包括: 光源，产生线偏振光； 扩束器，对所述线偏振光进行扩束； 空间光调制器，接收所述扩束后的线偏振光并产生一阶贝塞尔高斯光束； 涡旋相位板，消除所述贝塞尔高斯光束的涡旋相位； 径向偏振转换器，将消去润旋相位的贝塞尔高斯光束转换成径向偏振光。
2.根据权利要求1所述的产生径向贝塞尔-高斯光束的系统，其特征在于，所述光源为氦氖激光器，产生竖直方向偏振的线偏振光。
3.根据权利要求1所述的产生径向贝塞尔-高斯光束的系统，其特征在于，还包括计算机，所述计算机生成的计算全息图加载到所述空间光调制器上形成计算全息光栅，以产生I阶的贝塞尔高斯光束。
4.根据权利要求1所述的产生径向贝塞尔-高斯光束的系统，其特征在于，所述涡旋相位板的拓扑荷为I。 ·
专利摘要本实用新型公开了一种产生径向贝塞尔-高斯光束的系统，该系统沿着产生线偏振光的光源的光线方向依次放置扩束器、由计算机控制的空间光调制器、拓扑荷为1的涡旋相位板和径向偏振转换器。将计算机生成的计算全息图加载到所述空间光调制器上形成计算全息光栅，从而产生1阶的贝塞尔高斯光束。旋转涡旋相位板使他的相位结构分布刚好和空间光调制器出来的贝塞尔高斯光束的相位结构分布相反，消除了贝塞尔高斯光束的涡旋相位。紧接着让消除涡旋相位的贝塞尔高斯光束通过径向偏振转换器。由于计算机全息图的灵活性，所以可以通过产生不同的全息图来产生不同环数的径向偏振贝塞尔高斯光束，同时产生的径向偏振光束具有自我修复能力。
文档编号G02B27/28GK203101733SQ20122068459
公开日2013年7月31日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者王飞, 吴高峰, 刘显龙, 蔡阳健 申请人:苏州大学