一种Lommel光束的产生方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种Lommel光束的产生方法，包括以下步骤：步骤一、采用二元计算全息算法将Lommel光束角谱信息转化为二元实振幅非负计算全息图；步骤二、将全息图加工成掩模板实现对入射光束的振幅和相位的同时调制；精确产生无衍射Lommel光束;本发明专利技术还公开了Lommel光束的产生装置；本发明专利技术本发明专利技术简便、精确的制得Lommel光束。Lommel光束。Lommel光束。

【技术实现步骤摘要】
一种Lommel光束的产生方法及装置


[0001]本专利技术涉及光学
，特别是涉及一种Lommel光束的产生方法及装置。

技术介绍

[0002]光束在传输过程中的衍射效应导致光束展宽并发生不可避免的光束形变，但很多光与物质相互作用等科学实验需要形态稳定不变的光束。通过调制元件产生无衍射光束是克服衍射效应、构建传输不变光束的重要手段。在不同的科学研究领域，需要不同空间形态结构的无衍射光束。近些年也产生了多种在长距离传输后中心光斑保持不变的无衍射光束，包括零阶Bessel光束、高阶Bessel光束（涡旋光束）、Lommel光束、Cos光束、Parabolic光束以及Airy光束等。无衍射光束的产生，为激光精密准直、激光打孔、光学微操控、光学精密控制、光通信、光弹产生、等离子体导向、自聚焦光束的合成等领域中有着广泛的应用。
[0003]2015年，研究者发现波动方程的又一个无衍射特解——Lommel函数解 [Opt. Commun.，338(2015)：117
‑
122]。这表明满足Lommel函数分布的光束，也是一种无衍射光束。相比于只有一个光束自由度（阶次）的贝塞尔光束，有两个光束自由度（阶次和非对称参数）的无衍射Lommel光束，有更为丰富的光学形态。
[0004]Lommel光束作为一种形态更为丰富的无衍射光束，光束方便、精确的产生，有望使其在微观粒子的操纵、量子光学、空间通信、非线性光学、光与物质的相互作用等研究领域更好的发挥作用。
[0005]为了产生具有复杂结构的无衍射光束，需要对光波进行复振幅调制，即同时调制光波的振幅和相位。但目前的商用光学调制元件只能调制光波的振幅或相位。基于超像素法及像传递法，Lommel光束也被第一次近似产生 [App. Opt., 2015, 54(25): 7553
‑
7558]。这种方法由于引入了像传递系统，因此产生光束的系统比较复杂，光束传播路径长。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种Lommel光束的产生方法，本专利技术简便、精确的制得Lommel光束。
[0007]为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：一种Lommel光束的产生方法，包括以下步骤：步骤一、采用二元计算全息算法将Lommel光束角谱信息转化为二元实振幅非负计算全息图；步骤二、将全息图加工成掩模板实现对入射光束的振幅和相位的同时调制；精确产生无衍射Lommel光束。
[0008]优选所述步骤一中角向Lommel函数生成任一类型需要产生的Lommel光束的振幅矩阵。
[0009]优选步骤一中，锥镜相位和角谱Lommel函数的相位叠加形成一个组合相位，利用二元计算全息法对产生任一类型Lommel光束的振幅和组合相位信息进行计算，得到对应的
产生Lommel光束的二元Lommel光束全息图。
[0010]优选根据锥镜相位调制函数得到相位矩阵，函数公式如下：其中R是轴棱锥半径的孔径，n是轴棱锥的折射率，是轴棱锥的底角。
[0011]优选二元计算全息算法通过建立六个零矩阵，抽样处理振幅矩阵和相位矩阵；根据二元计算全息算法，振幅矩阵信息确定每个抽样单元中矩形通光孔径的高度，相位矩阵确定矩形通光孔径的中心距离抽样单元中心之间的距离，从而确定每个矩形通光孔径在抽样单元的位置；将每个矩形通光孔径的四坐标分别储存在四个零矩阵中，其余两个零矩阵用于储存经过“相位溢出校正”后的两个横坐标；根据矩阵所确定的坐标信息，经过二值化后，得到同时带有振幅信息和相位信息的二元Lommel光束全息图。
[0012]优选步骤二中将全息图加工成掩模板的具体方法是：通过投影成像光刻将二元Lommel光束全息图经对银盐干板进行曝光处理，经显影、定影处理，加工成掩模板。
[0013]优选步骤二中激光束经过扩束准直，再通过偏振，入射至加载二元Lommel光束全息图的掩模板，掩模版放置在傅里叶变换透镜的前焦面上，调制入射激光束的波前分布。
[0014]优选振幅调制后的光束经针孔滤波器选择滤波+1衍射级后，在傅里叶变换透镜的后焦平面后用科学CCD相机记录Lommel光束。
[0015]本专利技术的目的在于提供一种Lommel光束的产生装置，本专利技术结构简单，简便精确的制得Lommel光束。
[0016]为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：一种Lommel光束的产生装置，沿着光线的传播方向依次包括激光束、扩束准直系统、偏振片、加载有能产生Lommel光束的二元全息图的掩模板、傅里叶变换透镜、针孔滤波器和CCD相机。
[0017]通过采用上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术涉及一类具有复杂结构的无衍射光束产生技术，是一种采用二元计算全息算法生成任意阶次、任意非对称参数的Lommel光束的方法；首先采用二元计算全息算法将Lommel光束角谱信息转化为二元实振幅非负计算全息图，全息图加工成掩模板实现对入射光束的振幅和相位的同时调制，从而精确产生各类具有复杂结构的无衍射Lommel光束的方法；本专利技术的装置简便、精确的制得Lommel光束。
[0018]从而实现本专利技术的上述目的。
附图说明
[0019]图1是本专利技术涉及的一种Lommel光束的产生装置的结构示意图；图2为本专利技术二元计算全息法算法构建产生Lommel光束的全息图流程图；图3为本专利技术产生的四种Lommel光束。
具体实施方式
[0020]为了进一步解释本专利技术的技术方案，下面通过具体实施例来对本专利技术进行详细阐述。
[0021]本实施例公开一种Lommel光束的产生装置，如图1所示，本实施例基于罗曼型迂回相位编码算法产生无衍射Lommel光束的实验装置包括：激光束1、扩束准直系统2、第一偏振片3、加载有能产生Lommel光束的二元全息图4的掩模板5、第二偏振片6、第一傅里叶变换透镜7、针孔滤波器8、第二傅里叶变换透镜9和科学CCD相机10。
[0022]本实施例还公开了Lommel光束的产生方法，过程如下：1、利用角谱Lommel函数计算，得到产生不同类型、不同阶次、不同非对称参数的Lommel光束的振幅分布和相位分布。
[0023]2、引入锥镜相位，锥镜相位和角谱Lommel函数的相位叠加形成一个组合相位。
[0024]3、再利用二元计算全息法对产生任一类型Lommel光束的振幅和组合相位信息进行计算，得到对应的产生Lommel光束的二元Lommel光束全息图4。
[0025]4、通过投影成像光刻系统，将二元Lommel光束全息图4，经对银盐干板进行曝光处理，经显影、定影处理，加工成掩模板5。
[0026]5、激光束1经过扩束准直系统2对光束进行扩束准直，再通过第一偏振片3，入射至加载二元Lommel光束全息图4的掩模板5。
[0027]6、掩模板5放置在第一傅里叶变换透镜7的前焦面上，调制入射激光束的波前分布。
[0028]7、振幅调制后的光束经针孔滤波器（8本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Lommel光束的产生方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、采用二元计算全息算法将Lommel光束角谱信息转化为二元实振幅非负计算全息图；步骤二、将全息图加工成掩模板实现对入射光束的振幅和相位的同时调制；精确产生无衍射Lommel光束。2.如权利要求1所述的一种Lommel光束的产生方法，其特征在于：所述步骤一中角向Lommel函数生成任一类型需要产生的Lommel光束的振幅矩阵。3.如权利要求1所述的一种Lommel光束的产生方法，其特征在于：步骤一中，锥镜相位和角谱Lommel函数的相位叠加形成一个组合相位，利用二元计算全息法对产生任一类型Lommel光束的振幅和组合相位信息进行计算，得到对应的产生Lommel光束的二元Lommel光束全息图。4.如权利要求3所述的一种Lommel光束的产生方法，其特征在于：根据锥镜相位调制函数得到相位矩阵，函数公式如下：其中R是轴棱锥半径的孔径，n是轴棱锥的折射率，是轴棱锥的底角。5.如权利要求1所述的一种Lommel光束的产生方法，其特征在于：二元计算全息算法通过建立六个零矩阵，抽样处理振幅矩阵和相位矩阵；根据二元计算全息算法，振幅矩阵信息确定每个抽样单元中矩形通光孔径的高度，相位矩阵确定矩形通光孔径的中心距离抽样单...

【专利技术属性】
技术研发人员：任志君，杨婧羽，弓宁，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：