【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微粒操纵领域，具体的说是一种具有两种手性结构的光学涡旋晶格掩模板设计方法。
技术介绍
1、手性是一个重要的物理量由于其是光与物质的共同特征。一般地，手性光场指的是光场的强度分布、相位分布或者偏振分布不能和其镜像对称结构相重合的光场。
2、不同的手性结构对应着光与物质相互作用的不同的尺度。例如：手性偏振光场在深亚波长具有极高能量的手性极化可以与分子相互作用，从而促进手性分子检测等。相位呈手性的光场(以下简称手性相位光场)，即光学涡旋，其大小与光场的波矢分量有关，其长度量级从亚波长尺度到宏观尺度不等，并且，由于其携带有动量，手性相位光场可以在微型材料加工方面塑造出具有手性分布的微型材料。另一方面，手性光场还可以用于微粒操纵方面。由于手性光场在光与物质相互作用过程中的独特优势，研究者们已经将其应用在许多前沿领域。2016年，brullot等人研究了利用光学涡旋所携带的轨道角动量，实现了手性对映体的光学分选，相比传统光学分选，其提出的方法可以在一个更大的区域进行，不会受物镜的聚焦能力的限制【sci.adv.2016,e1501349】。2017年，ni等人通过叠加具有相反手性相位的涡旋光束获得了一种手性强度分布的光场，并且利用其光场成功制备了三维的微材料结构【light sci.appl.2017,e17011】。2020年，chen等人利用具有三个瓣的手性光场，实现了光学屏蔽和光学清扫，可在具有大量微粒的环境中，针对特点区域或者粒子进行光学屏蔽和清扫【apl photonics,2020,016102】。上述
3、综上所述，目前尚缺少一种包含多种物理量手性结构的手性光场，以满足微粒操纵领域尤其是对微粒进行复杂操作的需求。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供了一种具有两种手性结构的光学涡旋晶格掩模板设计方法，并使用该掩模板产生了具有不同数量的手性相位和不同数量的螺旋形光瓣的手性光场。
2、本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种具有两种手性结构的光学涡旋晶格掩模板设计方法，步骤如下：
4、s1、基于光束塑形技术，获取同时包含手性强度分布和手性相位分布的光学涡旋晶格的光场表达式：
5、其中，是傅里叶变换函数，(x,y)是傅里叶变换之前的坐标，(ξ,η)为傅里叶变换之后的坐标，ei(x,y)是计算全息图的透过率函数；
6、s2、基于上述内容得到同时包含手性强度分布和手性相位分布的光学涡旋晶格的复振幅表达式：
7、
8、s3、结合该光学涡旋晶格的振幅、相位与一个闪耀光栅，得到同时包含手性强度分布和手性相位分布的光学涡旋晶格掩模板的复透过率函数，其表达式为：
9、
10、其中，angle()为求角向函数，a0(ξ,η)是所构建光场的振幅，bw[]为二值化函数，exp{}为指数函数，是傅里叶变换函数，p0为闪耀光栅的相位；
11、s4、基于该复透过率函数所描述的掩模板即为所述的具有两种手性结构的光学涡旋晶格掩模板。
12、作为优选方案，步骤s1中，计算全息图的透过率函数的表达式为：
13、
14、其中|c'2(t)|＝[x'i(t)2+y'i(t)2]1/2，t∈[0,2π]，xi(t)和yi(t)是曲线的参数方程，φi是该光束的相位项。
15、作为优选方案，步骤s2中，具体操作方法如下：
16、s2.1、首先，单独生成两束具有手性强度分布的光束：分别作为外环螺旋和内环螺旋，r1、r2分别是外环螺旋和内环螺旋基圆的半径，采用的螺旋线参数方程为：
17、
18、式中，q为控制螺距的拉伸因子；
19、s2.2、然后，生成具有手性强度分布的光束的全息图透过率函数e1(x,y)和e2(x,y)，将两者叠加即可得到同时包含手性强度分布和手性相位分布的光学涡旋晶格的复振幅表达式。
20、作为优选方案，步骤s2.2中，具有手性分布和手性相位分布的光学涡旋晶格需要两束螺旋形光束进行部分叠加，i＝1，2，且r1和r2不能相等，t0的表达式为：
21、
22、s为螺旋形光瓣的数量。
23、作为优选方案，步骤s3中，闪耀光栅的相位表达式为：p0＝2πx/d，其中d为闪耀光栅的周期。
24、本专利技术的技术效果：
25、本专利技术所设计的具有两种手性结构的光学涡旋晶格掩模板可以产生同时包含手性强度分布和手性相位分布的光学涡旋晶格，其螺旋形光瓣数量可控，且螺旋形光瓣中光学涡旋的数量可控。相比传统的手性光场，本专利技术设计的同时包含手性强度分布和手性相位分布的光学涡旋晶格利用了光场中强度和相位两个物理量，显著简化了光路结构。因而在细胞分选技术中具有非常重要的应用前景。
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1.一种具有两种手性结构的光学涡旋晶格掩模板设计方法，其特征在于：步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种具有两种手性结构的光学涡旋晶格掩模板设计方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种具有两种手性结构的光学涡旋晶格掩模板设计方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种具有两种手性结构的光学涡旋晶格掩模板设计方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的一种具有两种手性结构的光学涡旋晶格掩模板设计方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种具有两种手性结构的光学涡旋晶格掩模板设计方法，其特征在于：步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种具有两种手性结构的光学涡旋晶格掩模板设计方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种具有两种手性结构的光...
【专利技术属性】
技术研发人员：李新忠，杨晓彬，台玉萍，张浩，唐苗苗，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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