一种基于切趾波带片产生局域空心光束的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光学领域，特别涉及一种基于切趾波带片产生局域空心光束的方 法。
【背景技术】
[0002] 随着激光技术的发展及激光应用领域的扩展，新型光束的产生与研究一直是热点 研究领域。局域空心光束，指的是光强为零或光强较小的区域的四周被光强较大的光场包 围的特殊光束，它像一个特殊的"密闭容器"，也被称为"瓶状光束"（Bottlebeam)。局域空 心光束在微观粒子操控、激光导管、光镊及光学扳手等方面具有广泛应用，因此有关局域空 心光束的产生一直是众多学者关注的焦点。
[0003]目前，产生局域空心光束的方法有很多，如高斯光束与拉盖尔高斯光束干涉法、端 面抽运固体激光器法、轴棱镜法、莫尔条纹法和散斑图法等。但这些方法操作繁杂、转换效 率低且产生的暗斑区域光强不够小，无法满足光学隐身等方面的应用需要。
【发明内容】
[0004] 本发明是针对现在产生局域空心光束方法存在的问题，提出了一种基于切趾波带 片产生局域空心光束的方法，此方法能量转换效率高、实验装置简单且光束暗斑区域光强 为零，可以实现光学隐身等方面的应用需要。
[0005] 本发明的技术方案为：一种基于切趾波带片产生局域空心光束的方法，具体包括 如下步骤：
[0006] 1)搭建产生局域空心光束的装置：包括激光器、准直扩束镜、衰减片、分光棱镜、 空间光调制器和C⑶图像接收器，激光器出射线偏振高斯光束，依次经过准直扩束镜准直、 衰减片光强衰减、分光棱镜透射后，透射光束以垂直入射方式到达空间光调制器；
[0007] 2)设计七环π相移切趾波带片，设定七环半径，像素与空间光调制器液晶屏匹 配，得到从中心到最外圈的〇、η相间的同心七圆光栅相位片，即为波带片相位图；
[0008] 3)选择空间光调制器自带透镜相位图，将其与步骤2)所得波带片相位图一同加 载到空间光调制器液晶屏上对空间光调制器入射光束进行相位调制；
[0009] 4)相位调制后光束出射再经过分光棱镜反射，反射光束聚焦为局域空心光束，被 CCD图像接收器接收，根据CCD所拍摄的图像与CCD像素计算出暗斑尺寸。
[0010] 所述经准直扩束镜准直后，其光斑直径等于空间光调制器液晶屏短轴长度。
[0011] 所述分光棱镜米用透射率与反射率均为50 %的分光棱镜。
[0012] 所述空间光调制器采用反射式纯相位空间光调制器。
[0013] 所述透镜相位图选择相位值为正值，调制效果相当于凹面镜，凹面镜的焦距等于 步骤4)中从空间光调制器出射光经过分光棱镜反射聚焦形成局域空心光束的光程。
[0014] 本发明的有益效果在于：本发明基于切趾波带片产生局域空心光束的方法，技术 方案中波带片相位图为按要求计算机编程得到，其参数易于修改且使用空间光调制器具有 调制效率高、能耗低、速度快等优点；透镜相位图为空间光调制器软件自带，其调制效果类 似于球面镜，通过调节透镜相位的相位值其对应的球面镜焦距不同，透镜相位的使用省去 了选用不同焦距透镜的麻烦；所提供的局域空心光束产生装置结构简单、稳定性好、能量转 换效率高且得到的局域空心光束的暗斑区域光强为零，这对于光学隐身方面的应用具有特 殊意义。
【附图说明】
[0015]图1为本发明基于切趾波带片产生局域空心光束的装置结构示意图；
[0016] 图2为本发明中七环π相移切趾波带片结构示意图；
[0017] 图3为本发明中波带片相位图；
[0018] 图4为本发明中相位值为20的透镜相位图；
[0019] 图5为本发明产生的局域空心光束在距离空间光调制器光程36. 2cm处光强分布 二维图；
[0020] 图6为本发明产生的局域空心光束在距离空间光调制器光程36. 2cm处光强分布 一维图。
【具体实施方式】
[0021] 如图1为基于切趾波带片产生局域空心光束的装置结构示意图，激光器1出射线 偏振高斯光束，其偏振方向与空间光调制器5的液晶屏长轴方向平行；高斯光束经准直扩 束镜2后其光斑直径恰好等于空间光调制器5液晶屏短轴长度；而后光束经衰减片3后光 强减弱，使其不超过空间光调制器5与CCD图像接收器6的损伤阈值；经衰减的线偏振高斯 光束通过分光棱镜4分为反射光束与透射光束，透射光束以垂直入射方式到达空间光调制 器5,反射光向左传播，不研究；根据如图2所示七环π相移切趾波带片结构，通过计算机 编程得到的如图3所示的波带片相位图（未填充区域设置为0、π相间的光栅相位），并通 过计算机软件将波带片相位图与如图4所示相位值为20的透镜相位图同时加载于空间光 调制器5上；上述光束在空间光调制器液晶屏上进行相位调制后以反射方式出射；出射光 束再次通过分光棱镜4分为反射光束与透镜光速，反射光束聚焦所得光束，即为得到的局 域空心光束；使用（XD(前后1. 5cm范围内）获取局域空心光束光强分布，并根据C⑶所拍 摄的图像与CCD像素计算出暗斑尺寸。
[0022] 图3是根据图2结构设计出具体参数的实物图，用于加载到空间光调制器上。图3 的要求：一、图片像素为1920*1080,与空间光调制器液晶屏的像素匹配；二、七环波带片半 径比例为rs = 0, 0· 084, 0· 206, 0· 386, 0· 594, 0· 794, 0· 944, 1 ;三、加载到空间光调制器液 晶屏上的图像素应为1920*1080,而中心的七环波带片图像无法填充满，未填充部分用0、 η相间的光栅相位。这种相位图不涉及技术问题，Matlab软件产生出的电子图片而已，而 后通过空间光调制器自带的应用软件将其加载到液晶屏上。液晶屏为电寻址液晶屏，会根 据所加载的相位图像控制每个液晶位置处的外电压，相位图像灰度的不同使外电压不同， 外电压不同使液晶分子指向不同，液晶分子指向不同使光束经过液晶反射时的光程差不 同，从而使反射光与入射光产生的相位延迟不同，起到调制入射光束相位的效果。最终的结 果就是，相位图的灰度值对应反射光的相位延迟，即灰度为零的位置对应产生0的相位延 迟，灰度为255的位置对应产生2Jr的