一种利用角向偏振矢量光产生可调链状磁斑的方法与流程

本发明涉及光场调控领域，具体涉及一种实现可调链状磁斑产生的方法。

背景技术：

近年来，国内外研究者对光场与磁光材料之间的相互作用产生了兴趣，因为其在全光磁记录、原子捕获、共聚焦显微镜等方面具有潜在的应用。目前的报告显示，通过逆法拉第效应，圆偏振光在透镜聚焦下产生纵向磁化场，可是其含有的中空形的横向磁化分量不利于全光磁记录。

为了消除横向磁化分量，顾敏研究小组引入了角向偏振光，并证实角向偏振螺旋光在透镜聚焦下产生纯的纵向磁化，消除了横向磁化。为了产生长的纵向磁化，李向平等人使用环状螺旋相位滤波器产生亚波长的纵向磁针。最近张大伟小组同时使用角向和径向调制的环状相位滤波器更进一步地产生了28λ的纯的纵向磁针。以上所述的这些优化的纯的纵向磁化能够很好地用于捕获原子和全光磁记录，但是对于需要捕获一定数量的原子和多个磁光记录和存储时应用受限。针对这个问题，宋瑛林小组选用三环螺旋相位滤波器调制角向偏振光产生多个磁斑，可是磁化强度向两侧逐渐减小，捕获原子数目有限，并且磁斑较大，且非圆对称，不利于捕获。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的问题，提出了一种利用角向偏振矢量光产生可调链状磁斑的方法。

技术方案：本发明提供了一种利用角向偏振矢量光产生可调链状磁斑的方法，一组同轴顺序设置的光源、透射式振幅型空间光调制器、螺旋相位板和透镜与另一组呈镜像对称且两个透镜的焦点重合，磁光材料置于焦点处；

其中，所述光源产生角向偏振光，两个所述透射式振幅型空间光调制器加载同样的三个同心圆环振幅信息图，每个圆环的半径可以通过改变加载的信息进行调节，振幅调制器与螺旋相位板叠加形成涡旋二元滤波器，螺旋相位板的相位信息表达式为：

其中，(ρ，φ)为极坐标系下的径向和角向坐标，δl＝δnh/λ为以波长为单位的螺旋相位板的步幅高度，δn为相位板与周围介质的折射率系数之差，λ为真空中光的波长，h为螺旋相位板的旋转台阶高度；

透射式振幅型空间光调制器所加载的振幅信息表达式为：

t(ρ,φ)＝ε(ρ-t1ρ0)ε(t2ρ0-ρ)

其中，(ρ，φ)为极坐标系下的径向和角向坐标，ρ0为外环半径，t1、t2分别为内环、中间环与外环的半径比值，0＜t1＜t2＜1且t2-t1不大于0.1，ε(·)为阶跃函数；

透射式振幅型空间光调制器所加载的振幅信息与螺旋相位板自带的相位信息上进行叠加，所实现的输入光场调制函数为：

带有振幅和相位信息的角向偏振矢量光束经过透镜聚焦后获得多个等间距的链状磁斑，呈三维球状分布，因每个磁斑都有指向其中心的力，成链状的多个磁斑中每个磁斑也都有指向各自中心的力，因此提高了原子捕获效率和磁光数据存储密度。

进一步，所述磁光材料为稀土合金的磁光薄膜，薄膜厚度为0.03～0.05毫米。

进一步，所述透镜的数值孔径在0.5以上。

进一步，通过调节内环、中间环与外环的半径比值t1、t2可获得不同数量的磁斑。

发明原理：本发明将光源产生的两束相同的角向偏振矢量光束分别从两侧依次通过透射式振幅型空间光调制器与和螺旋相位板，在两个振幅型空间光调制器上加载相同的三个圆环半径可调的振幅信息图，经过螺旋相位板后两束角向偏振光又有了螺旋相位，将角向偏振光转变为角向偏振涡旋光，带有振幅和相位信息的角向偏振矢量光束经过高数值孔径透镜聚焦后获得多个等间距的球形磁斑。

有益效果：本发明依据现有技术在产生角向偏振矢量光束的基础上，通过光束振幅调制和相位调制，然后用高数值孔径透镜紧聚焦，能够在焦点附近获得多个磁斑，每个磁斑都为球状分布，并且每个磁斑的形状、大小、磁斑强度相同；通过调节涡旋二元滤波器上加载的振幅信息，可以实现磁斑个数的控制。本发明方法容易实现，装置结构简单，易于调整，制造成本低，装置稳定性好，不需要其他特殊的光学元件。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为实施例1中两个透射式振幅型空间光调制器上加载的振幅信息图；

图3为实施例1中得到的链状的多个磁斑图；

图4为实施例1中得到的链状磁斑的横向和纵向的磁化强度的分布曲线图；

图5为实施例2中两个透射式振幅型空间光调制器上加载的振幅信息图；

图6为实施例2中得到的调制磁斑个数的图；

图7为实施例2中得到的链状磁斑的横向和纵向的磁化强度的分布曲线图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：一种利用角向偏振矢量光产生可调链状磁斑的装置，如图1所示，包括两个透射式振幅型空间光调制器1和2、两个螺旋相位板3和4、两个相同的高数值孔径透镜5和6、两台控制器7和8和两个相同光源9和10，两个高数值孔径透镜5、6的焦点重合，螺旋相位板3、4、透射式振幅型空间光调制器1、2和光源9、10从透镜两侧开始依次的向两边对称地放置，透射式振幅型空间光调制器1、2分别连接各自对应的控制器7、8加载振幅信息图。

根据现有技术产生角向偏振矢量光束，两束相同的角向偏振矢量光束分别从左右两侧入射，左侧一束角向偏振矢量光依次经过透射式振幅型空间光调制器1和螺旋相位板3。控制器7在透射式振幅型空间光调制器1上加载三个圆环半径可调的振幅信息图。控制器8在透射式振幅型空间光调制器2上加载振幅信息图。带有特殊振幅和相位信息的角向偏振矢量光束经过高数值孔径透镜聚焦后获得呈链状的多个磁斑。

本发明实际可实现两个功能：一是产生链状磁斑，二是调控磁斑数目。对于只要产生链状磁斑来说，只要调制涡旋二元滤波器的振幅信息，即只要调节t1和t2的大小，保证0＜t1＜t2＜1以及t2-t1的值在0到0.01之间。例如，我们设置t1＝0.92、t2＝0.93、ρ0＝1，加载在透射式振幅型空间光调制器1以及加载在透射式振幅型空间光调制器2上的振幅信息图的表达式都为：

其振幅分布如图2所示。产生的磁斑如图3所示，所产生磁链的横向和纵向的磁化强度的分布曲线图如图4所示，图中产生了15个大小相等，形状一样的等间距球状磁斑。

如果要调控磁斑数目，我们就需要设置不同的t1和t2的值，t2与t1的差值在0到0.01的范围内。我们先设定t1的值，然后调t2的值，最终选取最优的t2的值，从而保证磁斑是大小相同且圆对称的。通过设定不同的t1值来获取不同个数的链状磁斑。设置不同的t1和t2值就是改变加载在两个振幅型空间光调制器上的振幅信息图。例如，我们设定t1＝0.7，ρ0＝1，t2暂且设定为0.71，则加载在透射式振幅型空间光调制器1以及加载在透射式振幅型空间光调制器2上的振幅信息的表达式都为：

其振幅分布如图5所示。产生的磁斑如图6所示，所产生磁链的横向和纵向的磁化强度的分布曲线图如图7所示，图中产生了19个大小形状几乎一致的球状磁斑，通过不断微调t2的值从而保证形状大小向完全一致逼近。

综上所述，本发明依据现有技术在产生角向偏振矢量光束的基础上，通过让角向偏振矢量光束经过振幅调制器和螺旋相位板，使其加载上振幅信息和相位信息，最后该光束通过高数值孔径透镜紧聚焦，能够在焦点附近得到多个球形磁斑，每个磁斑的形状、大小和强度完全相同，实现了对多个原子的捕获功能。本发明方法容易实现，装置结构简单，易于调整，制造成本低；装置稳定性好，不需要其他特殊的光学元件。