一种产生位置和强度独立可控多个聚焦光斑的方法技术

本发明专利技术提出一种产生位置和强度独立可控多个聚焦光斑的方法，包括以下步骤：步骤S1，将光束横截面等分成M个扇形区域，M＝(1+2+3+…+n)P＝n(n+1)P/2，n为焦点的数量。步骤S2，将第1到第n个焦点的位置坐标定为(Δx1,Δy1),(Δx2,Δy2),(Δx3,Δy3)……(Δxn,Δyn)。步骤S3，将第一个扇形区域附加与(Δx1,Δy1)相关的相位调制，将第二个到第三个扇形区域附加与(Δx2,Δy2)相关的位相调制……依次类推，将第[n(n‑1)]/2+1个到第n(n+1)/2个扇形区域附加与(Δxn,Δyn)相关的相位调制。步骤S4，对于其余(P‑1)个包含n(n+1)/2个扇形区域组合分别依次进行与步骤S3所述同样的相位调制。步骤S5，由高数值孔径物镜聚焦相位调制后的激光束得到强度分别为I，2I，3I，……nI的n个焦点。本发明专利技术可以获得位置、强度可控的多个聚焦光斑。

A Method for Generating Independently Controllable Multiple Focused Spots of Position and Intensity

The invention provides a method for generating multiple focusing spots independently and controllably with position and intensity. The method comprises the following steps: _, dividing the cross section of the beam into M sector regions, M= (1+2+3+). +n)P=n(n+1)P/2,n is the number of focal points. In Fig. 2, the position coordinates of the first to the nth focal points are set as (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3)... (delta xn, delta yn). Firstly, phase modulation related to (x1, y1) is added to the first sector region, and phase modulation related to (x2, y2) is added to the second to third sector region. By analogy, phase modulation related to (xn, yn) is added to [n(n_1)]/2+1 to n(n+1)/2 sector regions. In Fig. 4, for the remaining (P 1) combinations of n (n+1)/2 sector regions, the same phase modulation as described in Fig. 2 is performed respectively. Fifth, I, 2I, 3I,... The N focus of nI. The invention can obtain a plurality of focusing spot with controllable position and intensity.

【技术实现步骤摘要】
一种产生位置和强度独立可控多个聚焦光斑的方法
本专利技术涉及矢量光束聚焦的方法，特别涉及产生位置和强度独立可控多个聚焦光斑的方法。
技术介绍
通过对入射激光的振幅、相位、偏振等调制以产生焦点区域各种强度分布和偏振分布的光斑一直是一个非常重要的研究热点。激光经过高数值孔径的物镜聚焦产生的光斑在激光光刻、光学数据存储、微小粒子操控、人工微结构材料、高分辨率荧光成像、表面等离激元激发等众多领域具有非常广泛的应用。目前对产生环形光斑、链状光斑、针尖状光斑、亚波长尺寸光斑、螺旋形光斑、二维阵列光斑以及三维阵列光斑都有广泛和深入的研究报道。二维阵列光斑以及三维阵列光斑属于多个聚焦光斑。通常的产生方法有两种：经过特殊设计的周期性二维位相光栅和由迭代算法产生的位相图形对入射聚焦物镜的激光束进行调制。前者有与达曼光栅相似的调制光栅以及利用分数泰伯效应的周期性光栅；后者有利用Gerchberg–Saxton(GS)迭代算法产生的位相调制图形。这些方法产生的多焦点二维或三维阵列光斑在空间排列上比较有规则，具有周期性特点，焦点的数量和位置不能任意改变，特别是每个焦点的强度相等，无法独立调节。最近，文献报道了一种将后孔径沿方位角平均分成足够多的较大扇形区域，然后又将每个较大的扇形区域再均分成N个小的扇形区域。其中N与所要产生的焦点数量相等。在对应同一个焦点的小扇形区域附加一个使焦点产生所需位置移动的相位以及改变偏振方向的总体相位突变，就可以实现焦点位置，数量，偏振任意可调【Opt.Express,23(19):24688-24698(2015)】。但是多个焦点的强度仍然无法独立控制。随着纳米微结构、微光电器件、人工超材料研究的深入，这类器件和材料的照明与激发光路已显得越来越重要。如表面等离激元开关、表面等离激元逻辑门的照明需要在横向同一平面内的多个位相、数量、位置、偏振以及强度可控的微米尺寸聚焦激光光斑。因此，对于产生不仅数量、位置可控，而且单个焦点强度独立可控的多个聚焦光斑的研究具有非常重要的科学意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可同时实现每个焦点的位置、强度可控的多个聚焦光斑的相位调制方法以及光路。本专利技术方案如下：一种产生位置和强度独立可控多个聚焦光斑的方法，包括以下步骤：步骤S1，将光束横截面等分成M个扇形区域，M＝(1+2+3+…+n)P＝n(n+1)P/2，n为大于1的正整数；P为10以上的偶数，即将n(n+1)/2个扇形区域乘以P倍；n为焦点的数量；步骤S2，将第1到第n个焦点的位置坐标定为(Δx1,Δy1),(Δx2,Δy2),(Δx3,Δy3)………(Δxn,Δyn)；坐标(Δxi,Δyi)i＝1,2,3....n，是指聚焦物镜的焦平面内的坐标值；步骤S3，将第一个扇形区域附加与(Δx1,Δy1)相关的相位调制，坐标(x0,y0)是指光束聚焦前在物镜后孔径位置的坐标值；将第二个到第三个扇形区域附加与(Δx2,Δy2)相关的位相调制，将第四个到第六个扇形区域附加与(Δx3,Δy3)相关的相位调制，依次类推，将第[n(n-1)]/2+1个到第n(n+1)/2个扇形区域附加与(Δxn,Δyn)相关的相位调制，其中λ为激光波长，NA为聚焦物镜的数值孔径，R为物镜入射光曈的半径，n0为折射率；步骤S4，对于其余(P-1)个包含n(n+1)/2个扇形区域组合分别依次进行与步骤S3所述同样的相位调制；步骤S5，由高数值孔径物镜聚焦相位调制后的激光束得到强度分别为I，2I，3I，……nI的n个焦点。作为本专利技术的进一步限定：所述步骤S3和S4的激光光束相位调制通过以下步骤实现：S31，所述相位调制由Matlab绘制256阶黑白灰度图，并加载到纯相位空间光调制器；S32，将扩束准直的线偏振激光束入射到纯相位空间光调制器；S33，经纯相位空间光调制器反射的光波通过4F傅里叶变换成像系统将相位调制后的波面成像到物镜后孔径位置。作为本专利技术的进一步限定：使用激光器、偏振片、扩束准直系统、立方分束器、反射纯相位空间光调制器、4F傅里叶变换成像系统和物镜；所述激光器，用于发出任意偏振的激光光束；所述偏振片，用于将任意偏振的激光光束转换为线偏振的激光光束；所述扩束准直系统，用于将线偏振的激光光束进行扩束和准直；所述立方分束器，用于分光；所述空间光调制器，用于将准直扩束后的线偏振激光光束进行相位调制；所述4F傅里叶变换成像系统，用于将相位调制后的线偏振激光光束成像到物镜后孔径位置；所述物镜，用于聚焦相位调制后的激光光束。本专利技术的有益效果是：通过对相位调制的线偏振激光光束聚焦，在焦平面区域产生横向多个强度独立可控的焦点，且焦点数量，以及每个焦点的位置是任意可调的。这样的多焦点光斑可以广泛应用在输出状态与干涉相消或增强有关的多输入端表面等离激元光开关和逻辑门的照明与激发。附图说明图1为产生强度可控四个聚焦光斑的相位调制图。该图所对应的实施例中：n＝4，P＝30，M＝300，I1＝I0，I2＝2I0，I3＝3I0，I4＝4I0，Δx1＝0,Δy1＝-3λ，Δx2＝-3λ,Δy2＝0，Δx3＝0,Δy3＝3λ，Δx4＝3λ,Δy4＝0。图2为图1相位调制图产生的强度可控的四个聚焦光斑。图3为产生强度可控四个聚焦光斑的相位调制图。该图所对应的实施例中：n＝4，P＝30，M＝300，I1＝I0，I2＝2I0，I3＝3I0，I4＝4I0，Δx1＝3λ,Δy1＝-3λ，Δx2＝3λ,Δy2＝3λ，Δx3＝-3λ,Δy3＝-3λ，Δx4＝-3λ,Δy4＝3λ。图4为图3相位调制图产生的强度可控的四个聚焦光斑。图5为产生强度可控五个聚焦光斑的相位调制图。该图所对应的实施例中，n＝5，P＝30，M＝450，I1＝I0，I2＝2I0，I3＝3I0，I4＝4I0，I5＝5I0，Δx1＝0,Δy1＝-4λ，Δx2＝0,Δy2＝-2λ，Δx3＝0,Δy3＝0，Δx4＝0,Δy4＝2λ，Δx5＝0,Δy5＝4λ。图6为图5相位相位调制图产生的强度可控的五个聚焦光斑。图7为产生强度可控多个聚焦光斑的光路图。图中，各标号所代表的部件列表如下：1、激光器，2、线偏振片，3、扩束准直系统，4、立方分束器，5、反射纯相位空间光调制器，6、4F傅里叶变换成像系统，7、物镜。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。一种产生位置和强度独立可控多个聚焦光斑的方法，包括以下步骤：步骤S1，将光束横截面等分成M个扇形区域，M＝(1+2+3+…+n)P＝n(n+1)P/2，n为大于1的正整数；P为10以上的偶数，即将n(n+1)/2个扇形区域乘以P倍；n为焦点的数量；步骤S2，将第1到第n个焦点的位置坐标定为(Δx1,Δy1),(Δx2,Δy2),(Δx3,Δy3)………(Δxn,Δyn)；坐标(Δxi,Δyi)i＝1,2,3....n，是指聚焦物镜的焦平面内的坐标值；步骤S3，将第一个扇形区域附加与(Δx1,Δy1)相关的相位调制，坐标(x0,y0)是指光束聚焦前在物镜后孔径位置的坐标值；将第二个到第三个扇形区域附加与(Δx2,Δy2)相关的位相调制，将第四个到第六个扇形区域附加与(Δx3,Δy3)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种产生位置和强度独立可控多个聚焦光斑的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤S1，将光束横截面等分成M个扇形区域，M＝(1+2+3+…+n)P＝n(n+1)P/2，n为大于1的正整数；P为10以上的偶数，即将n(n+1)/2个扇形区域乘以P倍；n为焦点的数量；步骤S2，将第1到第n个焦点的位置坐标定为(Δx1,Δy1),(Δx2,Δy2),(Δx3,Δy3)………(Δxn,Δyn)；坐标(Δxi,Δyi)i＝1,2,3....n，是指聚焦物镜的焦平面内的坐标值；步骤S3，将第一个扇形区域附加与(Δx1,Δy1)相关的相位调制，

【技术特征摘要】
1.一种产生位置和强度独立可控多个聚焦光斑的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤S1，将光束横截面等分成M个扇形区域，M＝(1+2+3+…+n)P＝n(n+1)P/2，n为大于1的正整数；P为10以上的偶数，即将n(n+1)/2个扇形区域乘以P倍；n为焦点的数量；步骤S2，将第1到第n个焦点的位置坐标定为(Δx1,Δy1),(Δx2,Δy2),(Δx3,Δy3)………(Δxn,Δyn)；坐标(Δxi,Δyi)i＝1,2,3....n，是指聚焦物镜的焦平面内的坐标值；步骤S3，将第一个扇形区域附加与(Δx1,Δy1)相关的相位调制，坐标(x0,y0)是指光束聚焦前在物镜后孔径位置的坐标值；将第二个到第三个扇形区域附加与(Δx2,Δy2)相关的位相调制，将第四个到第六个扇形区域附加与(Δx3,Δy3)相关的相位调制，依次类推，将第[n(n-1)]/2+1个到第n(n+1)/2个扇形区域附加与(Δxn,Δyn)相关的相位调制，其中λ为激光波长，NA为聚焦物镜的数值孔径，R为物镜入射光曈的半径，n0为折射率；步骤S4，对于其余(P-1)个包含n(n+1)/2个扇形区域组合分别依次进行与步骤S3所述同样的相位调制；步骤S5，由高数值孔径物镜聚焦相位调制后的激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建农，
申请(专利权)人：鲁东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37