專利名稱：一種產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的復(fù)合渦旋光束的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的復(fù)合渦旋光束的裝置，是一種基于拓?fù)浜刹煌膬蓚€渦旋光束產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的復(fù)合渦旋光束的裝置。
背景技術(shù)：
渦旋光束在近幾十年中由于其獨特的相位結(jié)構(gòu)和拓?fù)涮匦栽诨A(chǔ)研究和應(yīng)用研究等領(lǐng)域均受到了廣泛的關(guān)注。與流體中的渦旋現(xiàn)象類似，在光學(xué)領(lǐng)域，渦旋光束的光波場的中心存在相位奇點，且相位圍繞該奇點呈螺旋連續(xù)變化，光波波前會繞在傳播方向上的一條線以螺旋方式旋轉(zhuǎn)，形成螺旋形的波前。早在2003年I. D. Maleev和G. A. Swartzlander等人就分析了兩個平行不同軸的渦旋疊加，描述了光學(xué)相位奇點隨兩渦旋的相對相位或幅值的變化情況，并得到渦旋產(chǎn)生和湮滅的臨界條件。近幾年對光學(xué)渦旋的同軸疊加研究逐漸增多，其中A. Ya. Bekshaev 等在2005年研究了兩拉蓋爾-高斯渦旋光束模式分別為LGc^1 LG0^1)同軸疊加后的傳輸特性，并預(yù)言若兩拉蓋爾-高斯渦旋光束頻率不同，干涉圖樣將在同一平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)； E. J. Galvez領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在2006-2009年間致力于復(fù)合光學(xué)渦旋的研究，得出了兩渦旋疊加后產(chǎn)生的復(fù)合渦旋的分布規(guī)律。但這些工作僅局限于頻率相同的兩渦旋光束同軸疊加，而不同頻率的兩渦旋光束的同軸疊加尚未報道。
發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種通過同軸疊加頻率不同且拓?fù)浜刹煌膬蓽u旋光束產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的復(fù)合渦旋的裝置。本發(fā)明的思想在于通過空間光調(diào)制器分為反射式和透射式對高斯激光光束調(diào)制引入拓?fù)浜梢蜃樱缓笸ㄟ^空間濾波得到具有指定拓?fù)浜傻臏u旋拉蓋爾-高斯光束LG光束。通過頻移器件產(chǎn)生頻率差。任何已有的頻移器件都可以用在此技術(shù)中，如聲光調(diào)制， 電光調(diào)制，旋轉(zhuǎn)光柵，或者能連續(xù)改變相位光程的方法。最后，通過本技術(shù)中設(shè)計的光路可以簡單的實現(xiàn)光束同軸疊加。技術(shù)方案一種產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的復(fù)合渦旋光束的裝置，其特征在于包括激光器1、光束擴束器2、 分束鏡3、第一半透半反鏡4、第一空間光調(diào)制器5-1、第二空間光調(diào)制器5-2、第一傅里葉空間濾波器6-1、第二傅里葉空間濾波器6-2、頻移器件7、第二半透半反鏡8和合束鏡9 ；激光光源1出射的光束依次經(jīng)過光束擴大器2和分束鏡3，經(jīng)分束的兩光束其中一束由第二半透半反鏡8部分反射到空間光調(diào)制器調(diào)制5-1表面，被調(diào)制后的光束原路返回并部分透射過第二半透半反鏡8，透射光通過第一傅里葉空間濾波器6-1 ；另一束光經(jīng)第一半透半反鏡 4反射后依次通過第二空間光調(diào)制器5-2，第二傅里葉空間濾波器6-2和頻移器件7 ；這兩束光通過合束鏡9實現(xiàn)同軸疊加得到產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的復(fù)合渦旋光束；所述的第一空間光調(diào)制器5-1和第二空間光調(diào)制器5-2采用反射式空間光調(diào)制器。采用圖像采集器件10將經(jīng)分束鏡9同軸疊加得到螺旋槳式旋轉(zhuǎn)光束進行采集，并觀察到旋轉(zhuǎn)的圖樣。在第一空間光調(diào)制器5-1和第二空間光調(diào)制器5-2上采用圖形控制器11控制調(diào)制光的渦旋全息圖。在頻移器件7上采用頻差控制器12控制頻移器的頻移量。所述頻移器件7為任何現(xiàn)有的聲光頻移器件或旋轉(zhuǎn)玻片頻移器件。工作原理激光光源1出射的光束依次經(jīng)過光束擴大器2和分束鏡3。經(jīng)分束的兩光束其中一束依次由第一空間光調(diào)制器5-1，第一傅里葉空間濾波器6-1分別進行調(diào)制和濾波。另一束經(jīng)第一反射鏡4反射后依次由第二空間光調(diào)制器5-2，第二傅里葉空間濾波器6-2分別進行調(diào)制和濾波，并由頻移器件7產(chǎn)生頻移。之后，這兩束光通過第二反射鏡8 和合束鏡9實現(xiàn)同軸疊加，并由圖像采集器件10進行接收。有益效果本發(fā)明提出的旋轉(zhuǎn)復(fù)合渦旋光束的裝置能方便地控制復(fù)合渦旋光束的轉(zhuǎn)速和光斑圖樣；用其產(chǎn)生的光束可以作為“光學(xué)扳手”，憑借其特有的軌道角動量特征來操縱和旋轉(zhuǎn)微粒。

圖1 本發(fā)明的基于拓?fù)浜刹煌翌l率不同的兩渦旋光同軸疊加產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的復(fù)合渦旋光束裝置的第三種形式應(yīng)用一個反射式空間光調(diào)制器和一個透射式空間光調(diào)制器結(jié)構(gòu)圖；1-激光光源，2-光束擴束器，3-分束鏡，4-第一半透半反射鏡，5-1-反射式空間光調(diào)制器，5-2-透射式空間光調(diào)制器，6-1-第一傅里葉空間濾波器，6-2-第二傅里葉空間濾波器，7-頻移器件，8-第二半透半反鏡，9-合束鏡，10-圖像采集器件，11-圖形控制器， 12-頻差控制器，13-計算機；圖2 根據(jù)圖1的結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)復(fù)合渦旋光束的理論結(jié)果。其中，圖ace分別對應(yīng)拓?fù)浜蔀槭?1、士2、士3的兩渦旋光束同軸疊加產(chǎn)生光斑的旋轉(zhuǎn)過程模擬圖樣，圖b 為拓?fù)浜蔀?mi和拓?fù)浜蔀?m2的兩渦旋光疊加結(jié)果。圖d為拓?fù)浜蔀?Im1和拓?fù)浜蔀?m2 的兩渦旋光疊加結(jié)果。
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述實施例請參閱圖1。激光光源1出射的光束依次經(jīng)過光束擴大器2和分束鏡3。經(jīng)分束的兩光束其中一束由半透半反射鏡8部分反射到反射式空間光調(diào)制器調(diào)制5-1表面，被調(diào)制后的光束原路返回并部分透射過半透半反鏡8，透射光通過第一傅里葉空間濾波器6-1。另一束光經(jīng)反射鏡4反射后依次通過第二空間光調(diào)制器5-2，第二傅里葉空間濾波器6-2和頻移器件7。 之后，這兩束光通過合束鏡9實現(xiàn)同軸疊加，并由圖像采集器件10進行接收。系統(tǒng)還包括控制兩個空間光調(diào)制器的圖形控制器11，控制頻移器件頻率改變量的頻差控制器12和計算機13。探測所得的理論結(jié)果如圖4所示。本方案中，通過計算機控制空間光調(diào)制器的圖像即可控制旋轉(zhuǎn)光斑的“葉片”個數(shù)，控制頻移器產(chǎn)生的頻移大小即可控制光斑的轉(zhuǎn)速。通過本實施方式產(chǎn)生與控制旋轉(zhuǎn)的復(fù)合渦旋光束的過程為將拓?fù)浜蔀閙dnm2的計算渦旋全息圖經(jīng)圖形控制器分別輸入空間光調(diào)制器5-1和5-2中，并且在空間濾波器6-1 和6-2的頻譜面上僅保留1級或-1級頻譜光。當(dāng)這兩個濾波器都保留+1級頻譜時，在濾波器的后方將對應(yīng)得到拓?fù)浜蔀镠i1和m2的LG渦旋光，當(dāng)保留-1級時，將得到對應(yīng)的拓?fù)浜蔀镮1或-m2的LG渦旋光，并將這兩束渦旋光記為U1和U2，其光場表達(dá)式為
權(quán)利要求1.一種產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的復(fù)合渦旋光束的裝置，其特征在于包括激光器(1)、光束擴束器 (2)、分束鏡C3)、第一半透半反鏡(4)、第一空間光調(diào)制器(5-1)、第二空間光調(diào)制器(5-2)、 第一傅里葉空間濾波器(6-1)、第二傅里葉空間濾波器(6-2)、頻移器件(7)、第二半透半反鏡(8)和合束鏡(9)；激光光源(1)出射的光束依次經(jīng)過光束擴大器( 和分束鏡(3)，經(jīng)分束的兩光束其中一束由第二半透半反鏡(8)部分反射到空間光調(diào)制器調(diào)制(5-1)表面， 被調(diào)制后的光束原路返回并部分透射過第二半透半反鏡(8)，透射光通過第一傅里葉空間濾波器(6-1)；另一束光經(jīng)第一半透半反鏡(4)反射后依次通過第二空間光調(diào)制器(5-2)， 第二傅里葉空間濾波器(6- 和頻移器件(7)；這兩束光通過合束鏡(9)實現(xiàn)同軸疊加得到產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的復(fù)合渦旋光束；所述的第一空間光調(diào)制器(5-1)和第二空間光調(diào)制器(5-2采用反射式空間光調(diào)制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的復(fù)合渦旋光束的裝置，其特征在于采用圖像采集器件(10)將經(jīng)分束鏡(9)同軸疊加得到螺旋槳式旋轉(zhuǎn)光束進行采集，并觀察到旋轉(zhuǎn)的圖樣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的復(fù)合渦旋光束的裝置，其特征在于在第一空間光調(diào)制器(5-1)和第二空間光調(diào)制器(5- 上采用圖形控制器(11)控制調(diào)制光的渦旋全息圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的復(fù)合渦旋光束的裝置，其特征在于在頻移器件 (7)上采用頻差控制器(1 控制頻移器的頻移量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的復(fù)合渦旋光束的裝置，其特征在于所述頻移器件(7)為任何現(xiàn)有的聲光頻移器件或旋轉(zhuǎn)玻片頻移器件。
專利摘要本實用新型涉及一種產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的復(fù)合渦旋光束的裝置，技術(shù)特征在于激光光源出射的光束依次經(jīng)過光束擴大器和分束鏡，經(jīng)分束的兩光束其中一光束通過第二半透半反鏡后由第一空間光調(diào)制器進行調(diào)制，然后通過第一傅里葉空間濾波器進行濾波；另一光束經(jīng)第一半透半反鏡反射后由第二空間光調(diào)制器進行調(diào)制，然后通過第二傅里葉空間濾波器進行濾波，并由頻移器件產(chǎn)生頻移；兩束光通過合束鏡實現(xiàn)同軸疊加得到產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的復(fù)合渦旋光束。本實用新型提出的裝置，能方便地控制復(fù)合渦旋光束的轉(zhuǎn)速和光斑圖樣；用其產(chǎn)生的光束可以作為“光學(xué)扳手”，憑借其特有的軌道角動量特征來操縱和旋轉(zhuǎn)微粒。
文檔編號G03H1/12GK202102255SQ20112002917
公開日2012年1月4日 申請日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者孔令臣, 楊德興, 趙騰, 趙錦虎 申請人:西北工業(yè)大學(xué)