专利名称：一种复合光学涡旋的产生装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种复合光学涡旋的产生装置，是一种用角度复用体全息存储方 式实现多涡旋同轴叠加，通过光学涡旋与光学涡旋的叠加产生新的复杂涡旋。
背景技术：
光学涡旋在近几十年中由于其独特的相位结构和拓扑特性在基础研究和应用研 究等领域均受到了广泛的关注。在光学领域，如果光波场的中心存在相位奇点，且相位围 绕该奇点呈螺旋连续变化，光波波前会绕在传播方向上的一条线以螺旋方式旋转，形成螺 旋形的波前，这非常类似于流体中的涡旋现象，因此这类光波被称为“光学涡旋”(Optical Vortices)0光学涡旋是一种独特的光场，其螺旋型波前和独特的相位结构及新颖的拓扑特性 使之可以产生较大的轨道角动量，目前已经成功地将其转移给微粒实现对微粒的操控。一 般用于微粒操控的光学涡旋多为波前中含有一个相位奇点的单个涡旋，而含有多个相位奇 点的多涡旋结构可进行多种独立的光学束缚。由于复合涡旋可产生新颖的拓扑结构和强度 分布，可满足多涡旋结构的要求，因此引起了广泛关注。早在2003年I. D. Maleev和G. A. Swartzlander等人就分析了两个平行不共线的 涡旋叠加，描述了光学相位奇点随两涡旋的相对相位或幅值的变化情况，并得到涡旋产生 和湮灭的临界条件。近几年对光学涡旋的共线叠加研究逐渐增多，其中E. J. Galvez领导的 研究小组在2006-2009年间致力于此方面的研究，得出了两涡旋叠加后产生的复合涡旋的 分布规律。多个涡旋的叠加产生新的涡旋分布，目前多从理论上研究多个涡旋在不同条件 下叠加产生复合涡旋的分布或其分布规律，而通过实验得到复合涡旋的介绍却很少，比如 E. J. Galvez领导的研究小组已在实验上利用两嵌套式的马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉 光路实现了两个涡旋(拓扑荷值为整数或小数)的同轴叠加。此方法便于分别控制干涉臂 上两光学涡旋的相对强度和相位，但调节两光学涡旋的平行和同轴较难，且对于多个(> 2)涡旋的同轴干涉叠加实现起来难度更大。
发明内容要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本实用新型提出一种复合光学涡旋的产生装置， 通过角度复用体全息存储方式实现多涡旋同轴叠加，通过光学涡旋与光学涡旋的叠加产生 新的复杂涡旋的花样。技术方案一种实现复合光学涡旋的产生装置，其特征在于包括激光光源1、光束扩大器2、 第一反射镜3、第二反射镜4、主快门8、涡旋调制器、体全息存储介质13、图像采集器件14、 η个参考光路反射镜5、η个分束镜6、η个参考光路快门7、控制器15和计算机16 ；激光光源1发出的激光经过光束扩大器2、第一反射镜3和第二反射镜4，在主快门8的控制下，通 过涡旋调制器形成涡旋光；第一反射镜3与第二反射镜4的光路之间设有η个分束镜6，形 成η个参考光，η个参考光经过η个参考光路快门7后，通过η个参考光路反射镜5与涡旋 光在反射式体全息存储介质13中形成η幅体全息图；在反射式体全息存储介质13之后且 与涡旋光同轴设有图像采集器件14 ；主快门8和η个参考光路快门7与控制器15和计算 机16实现电信号联接。所述的反射式体全息存储介质由邻面入射式体全息存储介质替代。所述的涡旋调制器采用涡旋平面全息产生器、螺旋相位板涡旋产生器、模式转换 涡旋产生器、中空波导涡旋产生器或旋转镜面光学参数振荡器。有益效果本实用新型提出的复合光学涡旋的产生装置，通过角度复用方式在体全息存储介 质内写入多重体全息，记录过程中，涡旋光束方向始终不变，保证了不同涡旋光束的同轴 性，且体全息光栅的布拉格衍射可使之具有很高的衍射效率。而复合光学涡旋的产生只需 通过计算机控制系统选用相应参考光再现出相应的涡旋光束以实现不同光学涡旋的叠加。 整个产生过程简单，易满足不同光学涡旋的同轴性和高衍射效率，且由于此方法可通过改 变参考光的入射角度增加光学涡旋的存储容量，因此本实用新型复合涡旋的产生方法简单 易调节，且得到复合涡旋的种类多样。
图1 本实用新型产生复合光学涡旋的结构形式图中，1-激光光源，2-光束扩大器，3-第一反射镜，4-第二反射镜，5-η个参考 光路反射镜，6-5个分束镜，7-5个参考光路快门，8-主快门，18-螺旋相位板涡旋产生器， 13-2-邻面入射式体全息存储介质，14-图像采集器件，15-控制器，16-计算机。图2 本实用新型产生复合光学涡旋的第二种结构形式图中，1-激光光源，2-光束扩大器，3-第一反射镜，4-第二反射镜，5-η个参考光路 反射镜，6-5个分束镜，7-5个参考光路快门，8-主快门，19-模式转换涡旋产生器，13-3-反 射式体全息存储介质，14-图像采集器件，15-控制器，16-计算机。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本实用新型作进一步描述实施例1 请参阅图1，其是本实用新型第一实施方式的光路结构，包括激光光源1，依次设 置在该激光光源1出射光路上的光束扩大器2、第一反射镜3、分束镜6-1，由设置在该分束 镜6-1反射光路上的第一个参考光路快门7-1和参考光路反射镜5-1 ；在分束镜6-1透射光 路上的分束镜6-2和反射光路上的第二个参考光路快门7-2和参考光路反射镜5-2 ；……； 在分束镜6-η的反射光路上的第η个参考光路快门7-η和参考光路反射镜5_η，在分束镜 6-η的透射光路上的第二反射镜4、主快门8、螺旋相位板涡旋产生器18，该邻面入射式体全 息存储介质13-2的一面与参考光路反射镜5的反射光路同一朝向，所述η = 5。产生复合光学涡旋的结构还包括用于控制参考光和涡旋光光路上的快门的控制
4器15及计算机16。本实施方式的存储方法为记录时，激光光源1发出的激光经光束扩大器2后提 供系统所需的平行光。平行光垂直入射到分束镜6-1，入射光被分为两路其反射光，经第 一个参考光路快门7-1和参考光路反射镜5-1，构成记录所需的第一参考光R1 ；其透射光， 垂直入射到分束镜6-2，被分为两路其反射光，经第二个参考光路快门7-2和参考光路反 射镜5-2，构成记录所需的第二参考光R2 ；……；其透射光，垂直入射到分束镜6-5，被分为 两路其反射光，经第5个参考光路快门7-5和参考光路反射镜5-5，构成记录所需的第五 参考光R5 ；其透射光，经第二反射镜4、主快门8后由螺旋相位板涡旋产生器18调制，构成 记录所需的涡旋光。各参考光和涡旋光以不同夹角分别入射到邻面入射式体全息存储介质 13-2的两相邻面并在其中干涉形成多重光栅，记录多个数据页。读取过程则将涡旋光光路 阻断，用于记录时一致的参考光在相应的位置读取相应的数据页信息。实施例2 请参阅图2，其是本实用新型提出的复合光学涡旋的产生方法的第二实施方式的 光路结构，包括激光光源1，依次设置在该激光光源1出射光路上的光束扩大器2、第一反 射镜3、分束镜6-1，由设置在该分束镜6-1反射光路上的第一个参考光路快门7-1和参考 光路反射镜5-1 ；在分束镜6-1透射光路上的分束镜6-2和反射光路上的第二个参考光路 快门7-2和参考光路反射镜5-2 ；……；在分束镜6-n反射光路上的第η个参考光路快门 7-η和参考光路反射镜5-η，在分束镜6_η透射光路上的第二反射镜4、主快门8、模式转换 涡旋产生器19，参考光路反射镜5的朝向设置成使参考光与涡旋光在反射式体全息存储介 质13-3的相对面入射，并在指定位置交叉干涉，所述η = 5。产生复合光学涡旋的结构还包括用于控制参考光和涡旋光光路上的快门的控制 器15及计算机16。本实施装置的存储为记录时，激光光源1发出的激光经光束扩大器2后提供系 统所需的平行光。平行光垂直入射到分束镜6-1，入射光被分为两路其反射光，经第一个 参考光路快门7-1和参考光路反射镜5-1，构成记录所需的第一参考光R1 ；其透射光，垂直 入射到分束镜6-2，被分为两路其反射光，经第二个参考光路快门7-2和参考光路反射镜 5-2，构成记录所需的第二参考光R2 ；……；其透射光，垂直入射到分束镜6-5，被分为两路 其反射光，经第5个参考光路快门7-5和参考光路反射镜5-5，构成记录所需的第五参考光 R5 ；其透射光，经第二反射镜4、主快门8后由模式转换涡旋产生器19调制，构成记录所需的 涡旋光。各参考光和涡旋光以不同夹角分别入射到反射式体全息存储介质13-3的相对面， 并在其中干涉形成多重光栅，记录多个数据页。读取过程则将涡旋光光路阻断，用于记录时 一致的参考光在相应的位置读取相应的数据页信息。
权利要求一种复合光学涡旋的产生装置，其特征在于包括激光光源(1)、光束扩大器(2)、第一反射镜(3)、第二反射镜(4)、主快门(8)、涡旋调制器、体全息存储介质(13)、图像采集器件(14)、n个参考光路反射镜(5)、n个分束镜(6)、n个参考光路快门(7)、控制器(15)和计算机(16)；激光光源(1)发出的激光经过光束扩大器(2)、第一反射镜(3)和第二反射镜(4)，在主快门(8)的控制下，通过涡旋调制器形成涡旋光；第一反射镜(3)与第二反射镜(4)的光路之间设有n个分束镜(6)，形成n个参考光，n个参考光经过n个参考光路快门(7)后，通过n个参考光路反射镜(5)与涡旋光在反射式体全息存储介质(13)中形成n幅体全息图；在反射式体全息存储介质(13)之后且与涡旋光同轴设有图像采集器件(14)；主快门(8)和n个参考光路快门(7)与控制器(15)和计算机(16)实现电信号联接。
2.根据权利要求1所述的复合光学涡旋的产生装置，其特征在于所述的反射式体全 息存储介质由邻面入射式体全息存储介质替代。
3.根据权利要求1所述的复合光学涡旋的产生装置，其特征在于所述的涡旋调制器 采用涡旋平面全息产生器、螺旋相位板涡旋产生器、模式转换涡旋产生器、中空波导涡旋产 生器或旋转镜面光学参数振荡器。
专利摘要本实用新型涉及一种复合光学涡旋的产生装置，其特征在于激光光源发出的激光经过光束扩大器、第一反射镜和第二反射镜，在主快门的控制下，通过涡旋调制器形成涡旋光；第一反射镜与第二反射镜的光路之间设有n个分束镜，形成n个参考光，n个参考光经过n个参考光路快门后，通过n个参考光路反射镜与涡旋光在反射式体全息存储介质中形成n幅体全息图；在反射式体全息存储介质之后且与涡旋光同轴设有图像采集器件；主快门和n个参考光路快门与控制器和计算机实现电信号联接。本实用新型复合涡旋的产生方法简单易调节，且得到复合涡旋的种类多样。
文档编号G03H1/12GK201673690SQ20102014058
公开日2010年12月15日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者李海莲, 杨德兴, 赵建林 申请人:西北工业大学