專利名稱：采用透射式空間光調制器產(chǎn)生螺旋槳式旋轉光束的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采用透射式空間光調制器產(chǎn)生螺旋槳式旋轉光束的裝置，是一種同軸疊加拓撲荷相反且頻率不同的兩渦旋光產(chǎn)生螺旋槳式旋轉光束的裝置。
背景技術：
數(shù)十年來，螺旋槳式旋轉光束由于其獨特的光學特性和潛在的應用價值而引起廣泛關注。目前這種類型的光束已應用于波色-愛因斯坦凝聚實驗、光鑷技術、光通訊、 光學微操控等方面。為此對螺旋槳式旋轉光束開展了深入的理論研究，如光斑圖樣分布、 能量的橫向傳輸及角動量等特性，同時也提出了產(chǎn)生螺旋槳式的旋轉光束的多種方法， C. Anastassiou等提出利用旋轉的反射鏡實現(xiàn)光斑旋轉的方法，C. Rotschild等提出通過旋轉孔徑光闌的方法實現(xiàn)螺旋槳式旋轉光束，p. PaakkSnen等讓光束通過二元相位衍射元件來產(chǎn)生螺旋槳式旋轉光束，最近Peng Zhang張鵬等還報道了利用莫爾技術產(chǎn)生螺旋槳式旋轉光束的方法。但是，上述方法中大部分對器件有很高的要求，產(chǎn)生的光束形狀較為單一，并且要通過復雜的結構來控制光束的旋轉速度。近幾年對光學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LGtl, +1 LG0, J同軸疊加后的傳輸特性，并預言若兩拉蓋爾-高斯渦旋光束頻率不同，干涉圖樣將在同一平面內旋轉。這便為產(chǎn)生螺旋槳式旋轉光束提供了一種新的方法。
發(fā)明內容要解決的技術問題為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明提出一種采用透射式空間光調制器產(chǎn)生螺旋槳式旋轉光束的裝置。本發(fā)明的思想在于通過空間光調制器對高斯激光光束調制引入拓撲荷因子，然后通過空間濾波得到具有指定拓撲荷的渦旋拉蓋爾-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中，如聲光調制，電光調制，旋轉光柵， 或者能連續(xù)改變相位光程的方法。最后，通過本技術中設計的光路可以方便地實現(xiàn)光束同軸疊加。技術方案一種采用透射式空間光調制器產(chǎn)生螺旋槳式旋轉光束的裝置，其特征在于包括激光器1、光束擴大器2、空間光調制器3、傅里葉變換透鏡4、雙孔濾波器5、傅里葉逆變換透鏡 6、第一反射鏡8、第三反射鏡9、頻移器10、分束鏡11和第二反射鏡12 ；激光器1出射的光經(jīng)光束擴大器2擴束準直，通過空間光調制器3調制，調制后的光束經(jīng)傅里葉變換透鏡4變換到頻域，在頻譜面上經(jīng)雙孔濾波器5濾波后保留士 1級頻譜成分，再經(jīng)過傅里葉逆變換透鏡6后得到空間上分開且拓撲荷相反士m的兩渦旋光束，其中一束經(jīng)第三反射鏡9進入頻移器10，頻移器對該光束產(chǎn)生變頻；另一光束依次經(jīng)過第一反射鏡8和第二反射鏡12，與變頻后的光束一起經(jīng)分束鏡11同軸疊加得到螺旋槳式旋轉光束；所述m為拓撲荷數(shù)；所述空間光調制器3的調制光是拓撲荷為m的渦旋全息圖；所述的空間光調制器3為透射式空間光調制器采用圖像采集器件將經(jīng)分束鏡11同軸疊加得到螺旋槳式旋轉光束進行采集，并觀察到旋轉的圖樣。在空間光調制器3上采用圖形控制器控制調制光的拓撲荷m的渦旋全息圖。在頻移器10上采用頻差控制器控制頻移器的頻移量。所述頻移器10為任何現(xiàn)有的聲光頻移器件或旋轉玻片頻移器件。激光器1出射的光經(jīng)光束擴大器2擴束準直，再由輸入渦旋全息圖(拓撲荷為m) 的空間光調制器調制，調制后的光束經(jīng)傅里葉變換透鏡4變換到頻域，在頻譜面上經(jīng)雙孔濾波器5濾波后僅保留士 1級頻譜成分，經(jīng)過傅里葉逆變換透鏡6后，變成空間上分開且拓撲荷相反士m的兩渦旋光束，其中一束7-1經(jīng)第三反射鏡9進入頻移器10，頻移器對光束 7-1產(chǎn)生一個頻移，另一光束7-2依次經(jīng)過第一反射鏡8、第二反射鏡12，與變頻后的光束 7-1 一起經(jīng)合束鏡11同軸疊加，疊加后的旋轉強度圖樣由圖像采集器件13探測得到。有益效果本發(fā)明提出的采用透射式空間光調制器產(chǎn)生螺旋槳式旋轉光束的裝置，能方便地控制旋轉光束的轉速和光斑圖樣；用其產(chǎn)生的光束可以作為“光學扳手”，憑借其特有的軌道角動量特征來操縱和旋轉微粒。

圖1 本發(fā)明提出的采用透射式空間光調制器產(chǎn)生螺旋槳式旋轉光束的裝置的第一種形式應用透射式空間光調制器結構圖。1-激光光源，2-光束擴大器，3-透射式空間光調制器，4-傅里葉變換透鏡，5-雙孔濾波器，6-傅里葉逆變換透鏡，7-1-第一渦旋光束，7-2-第二渦旋光束，8-第一反射鏡， 9-第三反射鏡，10-頻移器，11-分束鏡，12-第二反射鏡，13-圖像采集器件；具體實施方式
現(xiàn)結合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述實施例1 請參閱圖1。激光器1出射的光經(jīng)光束擴大器2擴束準直，并通過透射式空間光調制器調制3， 調制后的光束經(jīng)傅里葉變換透鏡4變換到頻域，在頻譜面上經(jīng)雙孔濾波器5濾波后再經(jīng)過傅里葉逆變換透鏡6，變成空間上分開且拓撲荷相反士m的兩渦旋光束，其中一束7-1經(jīng)第三反射鏡9進入頻移器10，頻移器對光束7-1產(chǎn)生一個頻移，另一光束7-2依次經(jīng)過第一反射鏡8、第二反射鏡12，與變頻后的光束7-1 —起經(jīng)分束鏡11同軸疊加，疊加后的旋轉強度圖樣由圖像采集器件13探測得到。探測所得的疊加效果圖如圖3所示。本方案中，通過計算機控制空間光調制器的圖像即可控制旋轉光斑的“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速。通過本發(fā)明產(chǎn)生與控制螺旋槳式的旋轉光束的過程為將拓撲荷為m的計算渦旋全息圖經(jīng)圖形控制器分別輸入空間光調制器3中，并且使雙孔濾波器5僅保留士 1級頻譜成分。這樣在傅里葉逆變換透鏡6后得到分開的兩束具有相反拓撲荷士m的同頻LG渦旋
光。簡化的拉蓋爾-高斯光束LG的表達式可寫為
權利要求1.一種采用透射式空間光調制器產(chǎn)生螺旋槳式旋轉光束的裝置，其特征在于包括激光器(1)、光束擴大器O)、空間光調制器(3)、傅里葉變換透鏡G)、雙孔濾波器(5)、傅里葉逆變換透鏡(6)、第一反射鏡(8)、第三反射鏡(9)、頻移器(10)、分束鏡(11)和第二反射鏡 (12)；激光器(1)出射的光經(jīng)光束擴大器(2)擴束準直，通過空間光調制器(3)調制，調制后的光束經(jīng)傅里葉變換透鏡(4)變換到頻域，在頻譜面上經(jīng)雙孔濾波器( 濾波后保留士 1 級頻譜成分，再經(jīng)過傅里葉逆變換透鏡(6)后得到空間上分開且拓撲荷相反士m的兩渦旋光束，其中一束經(jīng)第三反射鏡(9)進入頻移器(10)，頻移器對該光束產(chǎn)生變頻；另一光束依次經(jīng)過第一反射鏡(8)和第二反射鏡(12)，與變頻后的光束一起經(jīng)分束鏡(11)同軸疊加得到螺旋槳式旋轉光束；所述m為拓撲荷數(shù)；所述空間光調制器C3)的調制光是拓撲荷為m 的渦旋全息圖；所述的空間光調制器⑶為透射式空間光調制器。
2.根據(jù)權利要求1所述的采用透射式空間光調制器產(chǎn)生螺旋槳式旋轉光束的裝置，其特征在于采用圖像采集器件將經(jīng)分束鏡(11)同軸疊加得到螺旋槳式旋轉光束進行采集， 并觀察到旋轉的圖樣。
3.根據(jù)權利要求1所述的采用透射式空間光調制器產(chǎn)生螺旋槳式旋轉光束的裝置，其特征在于在空間光調制器(3)上采用圖形控制器控制調制光的拓撲荷m的渦旋全息圖。
4.根據(jù)權利要求1所述的采用透射式空間光調制器產(chǎn)生螺旋槳式旋轉光束的裝置，其特征在于在頻移器(10)上采用頻差控制器控制頻移器的頻移量。
5.根據(jù)權利要求1所述的采用透射式空間光調制器產(chǎn)生螺旋槳式旋轉光束的裝置，其特征在于所述頻移器(10)為任何現(xiàn)有的聲光頻移器件或旋轉玻片頻移器件。
專利摘要本實用新型涉及一種采用反射式空間光調制器產(chǎn)生螺旋槳式旋轉光束的裝置，技術特征在于激光器出射的光經(jīng)光束擴大器擴束準直，通過空間光調制器調制，調制后的光束經(jīng)傅里葉變換透鏡變換到頻域，在頻譜面上經(jīng)雙孔濾波器濾波后保留±1級頻譜成分，再經(jīng)過傅里葉逆變換透鏡后得到空間上分開且拓撲荷相反±m(xù)的兩渦旋光束，其中一束經(jīng)第三反射鏡進入頻移器，頻移器對該光束產(chǎn)生變頻；另一光束依次經(jīng)過第一反射鏡和第二反射鏡，與變頻后的光束一起經(jīng)分束鏡同軸疊加得到螺旋槳式旋轉光束。本裝置能方便地控制旋轉光束的轉速和光斑圖樣；用其產(chǎn)生的光束可以作為“光學扳手”，憑借其特有的軌道角動量特征來操縱和旋轉微粒。
文檔編號G02B27/10GK202110377SQ20112002920
公開日2012年1月11日 申請日期2011年1月27日 優(yōu)先權日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