相位延迟。
[0023] 波带片相位图应恰好符合空间光调制器液晶屏的像素要求，但波带片相位为圆 形，而空间光调制器液晶屏为长方形，因此波带片相位无法填充整个液晶屏。将波带片相位 设置在液晶屏中心部位，而其他未填充区域设置为相位值〇、η相间的光栅相位，用于消除 光束的零级衍射。光束经相位值为〇的位置反射后其光束相位不变，光束经相位值为η的 位置反射后其光束相位延迟为：π。
[0024] 此处透镜相位图是空间光调制器应用软件自带的一种相位图，与图3没有关系。 它的功能就是将其加载到液晶屏上会起到对入射光束会聚或发散的作用，即平行光入射， 反射光会聚或发散，其功能可以认为是一个参数可变的凹面镜或凸面镜。其中，相位值为正 值时，其调制效果相当于凹面镜；相位值为负值时，其调制效果相当于凸面镜。这里选择相 位值为20的透镜相位时，其调制效果相当于焦距为为36. 2cm的凹面镜，反射光束聚焦在距 离空间光调制器光程36. 2cm处。
[0025] 在实施例中，激光器1采用He-Ne激光器，出射光束波长为632nm;分光棱镜4采 用透射率与反射率均为50 %的分光棱镜；空间光调制器5采用Holoeye公司Pluto型反 射式纯相位空间光调制器，其液晶屏像素个数为1920X1080,像素大小为8um，有效面积 为15. 36_X8. 64mm;(XD6采用大恒公司DH-HV2002UC型号（XD，其图像传感器分辨率为 1600X1200,像素大小为4. 2um;图3与图4所示的波带片相位图与透镜相位图恰好匹配液 晶屏大小。
[0026] 入射光束经空间光调制器5调制与聚焦后得到的局域空心光束的光场分布为：
[0028] 其中，激光器1出射光束传播方向为轴向（z轴或光轴），与轴向垂直的方向为 径向（r轴）（局域空心光束从径向看成圆对称分布，所以径向指的是与光轴垂直的平面 内任一方向），N为波带片环数（N= 7)，(j= 1，......N)为波带片第j环相位（Φ,= 0, 3i,0, 3i,0, 3T,0),rj(j= 1,2 ……N)为波带片第j环半径（&= 0,0· 084,0· 206,0· 386， 0. 594,0.794,0.944,l)，rQ= 0，r为径向坐标，J。为零阶贝塞尔函数，P为径向简化坐标， z为轴向简化坐标。
[0029]ρ= (2π/λ) (NA)R(2)
[0030]z= (2Jr/λ) (ΝΑ) % (3)
[0031] 其中，R为径向实际坐标，Zi为轴向实际坐标，ΝΑ为空间光调制器自带透镜相位调 制后的凹面镜数值孔径。简化坐标与实际坐标间关系由式（2)、（3)给出，式（1)、（4)、（5) 振幅分布中全用简化坐标表示，这是基于切趾波带片理论。
[0032] 光束沿光轴（Ρ =〇)归一化振幅分布为：
[0036] 由式（4)可以看出，局域空心光束在轴向具有焦点附近光强为零，较远位置光强 较大的特点，表现出光束沿轴向的"密闭性"。由式（5)可以看出，局域空心光束在径向具有 在光轴附近光强为零，距光轴较远位置光强较大的特点，表现出光束沿径向的"密闭性"。
[0037] 如图5、6所示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 光强分布二维图与一维图。通过计算得到光束的暗斑半径为50. 4um，且其光强基本为零，这 将在光学隐身方面具有巨大的应用潜力。
【主权项】
1. 一种基于切趾波带片产生局域空屯、光束的方法，其特征在于，具体包括如下步骤： 1) 搭建产生局域空屯、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CCD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W垂直入射方式到达空间光调制器； 2) 设计屯环31相移切趾波带片，设定屯环半径，像素与空间光调制器液晶屏匹配，得 到从中屯、到最外圈的〇、1:相间的同屯、屯圆光栅相位片，即为波带片相位图； 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； 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屯、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。2. 根据权利要求1所述基于切趾波带片产生局域空屯、光束的方法，其特征在于，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。3. 根据权利要求1或2所述基于切趾波带片产生局域空屯、光束的方法，其特征在于，所 述分光棱镜义用透射率与反射率均为50%的分光棱镜。4. 根据权利要求3所述基于切趾波带片产生局域空屯、光束的方法，其特征在于，所述 空间光调制器采用反射式纯相位空间光调制器。5. 根据权利要求3所述基于切趾波带片产生局域空屯、光束的方法，其特征在于，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屯、光束的光程。
【专利摘要】本发明涉及一种基于切趾波带片产生局域空心光束的方法，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；设计七环π相移切趾波带片，得到波带片相位图；选择空间光调制器自带透镜相位图，将其与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；调制后光束出射再经过分光棱镜反射聚焦得到局域空心光束，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。此方法装置结构简单、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。
【IPC分类】G02B27/09
【公开号】CN105242404
【申请号】CN201510779142
【发明人】王海凤, 朱厚飞, 姜利平, 刘玲玲
【申请人】上海理工大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年11月13日