一种传输无形变旋转光束设计方法与流程

本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种传输无形变旋转光束设计方法。

背景技术：

无形变旋转光束即在传输过程中只改变大小而不改变光斑形状的旋转光束，此类光束在粒子操纵等领域有重要应用。在过去，尚未发现可以普遍适用于旋转光束产生的一般性设计方法。本发明基于多模式拉盖尔高斯光束的同心相干叠加所形成复合光束的传输特征，提出一种普遍适用的传输无形变旋转光束设计方法。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中的缺陷，提供一种可以设计旋转速度、旋转方向、以及光斑瓣数，并在此基础上为光斑的细节分布提供调节自由度的传输无形变旋转光束设计方法，来解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种传输无形变旋转光束设计方法，包括以下步骤：

s1.根据旋转方向要求，选择各组成拉盖尔高斯光束拓扑荷l的符号，l＜0时为顺时针方向旋转，l＞0时为逆时针方向旋转；

s2.在s1所述拓扑荷l的符号得以满足的条件下，根据旋转速度的要求，确定比例常数

的数值，其中β为可根据需要作调整的实数,并根据δ的数值对各组成拉盖尔高斯光束的模序数p，l进行选择；

s3.在s2所述比例系数得以满足的条件下，根据光斑瓣数要求，依据光斑的瓣数n与最小拓扑荷间隔δl之间的关系，即：n＝δl，选择各组成拉盖尔高斯光束的最小拓扑荷间隔δl；

s4.在模序数满足s1，s2，s3要求的基础上，以各组成拉盖尔高斯光束的具体模式阶次、能量比例关系、以及初始相位关系为调节自由度，对光斑的细节分布进行调节，得到面向具体应用需求的传输无形变旋转光束相幅分布。

有益效果

本发明提出的方法为一种普遍适用的传输无形变旋转光束设计方法；光束旋转方向由拓扑荷l的符号决定，光束旋转速度由比例常数δ决定，光斑瓣数由最小拓扑荷间隔δl决定，利用该方法可以设计旋转速度、旋转方向、以及光斑瓣数，并在此基础上为光斑的细节分布提供调节自由度。

附图说明

图1为本发明传输无形变旋转光束设计方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本流程。

实施例一

本发明二维可独立连续调节的全光光路控制方法，包括以下步骤：

s1，根据旋转方向的要求，选择各组成拉盖尔高斯光束拓扑荷l的符号，l＜0时为顺时针方向旋转，l＞0时为逆时针方向旋转。

s2，在s1所述拓扑荷l的符号得以满足的条件下，根据旋转速度(即旋转方位角随传输距离的变化规律)的要求，按照公式

确定相应的比例常数

的数值，其中β为可根据需要作调整的实数，并根据δ的数值对各组成拉盖尔高斯光束的模序数p，l进行选择。上两式中w0为腰宽，z0为w0对应的瑞利距离，wc为抛物线势阱中的临界腰宽，zc0为wc对应的临界瑞利距离。

s3，在s2所述比例系数得以满足的条件下，根据光斑瓣数要求，依据光斑的瓣数n与最小拓扑荷间隔δl之间的关系，即：n＝δl，选择各组成拉盖尔高斯光束的最小拓扑荷间隔δl。

s4，在模序数满足s1，s2，s3要求的基础上，以各组成拉盖尔高斯光束的具体模式阶次、能量比例关系、以及初始相位关系为调节自由度，对光斑的细节分布进行调节，得到面向具体应用需求的传输无形变旋转光束相幅分布。

根据上述方法设计的光束相幅分布，可以通过多路拉盖尔高斯光束同心相干叠加或用空间相位调制器、光学微结构等方法来产生。

本发明提出的方法为一种普遍适用的传输无形变旋转光束设计方法；光束旋转方向由拓扑荷l的符号决定，光束旋转速度由比例常数δ决定，光斑瓣数由最小拓扑荷间隔δl决定，利用该方法可以设计旋转速度、旋转方向、以及光斑瓣数，并在此基础上为光斑的细节分布提供调节自由度。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

技术特征：

技术总结
本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种传输无形变旋转光束设计方法。本发明基于多模式拉盖尔高斯光束的同心相干叠加所形成复合光束的传输特征，提出一种普遍适用的传输无形变旋转光束设计方法。利用该方法可以设计旋转速度、旋转方向、以及光斑瓣数，并以各组成拉盖尔高斯光束的具体模式阶次、能量比例关系、以及初始相位关系为调节自由度，对光斑的细节分布进行调节，得到面向具体应用需求的传输无形变旋转光束相幅分布。

技术研发人员：陆大全;陈娟;胡巍
受保护的技术使用者：华南师范大学
技术研发日：2018.11.20
技术公布日：2019.01.18