一种半径反常的涡旋光束掩模板的设计方法

技术特征：
1.一种半径反常的涡旋光束掩模板的设计方法，其特征在于：通过结合贝塞尔函数与拉盖尔函数之间的关系，对传统拉盖尔高斯涡旋光束的振幅函数进行调制，从而产生光环半径随拓扑荷的增大而减小的光环半径逆向变化的涡旋光束，该涡旋光束掩模板的复透过率函数为：t
f
(r,θ)＝a
f
exp[i
·
angle(e
f
(r,θ)) q]，(r,θ)表示极坐标系，其中r为径向坐标矢量，θ为角向坐标矢量；a
f
表示所述涡旋光束的振幅调控因子，i表示虚数单位，e
f
(r,θ)表示所述涡旋光束的复振幅电场表达式，q表示闪耀光栅的相位表达式；所述振幅调控因子表达式表示为：所述复振幅电场表达式表示为:e
f
(r,θ)＝a
f
exp(imθ)；其中，m表示所述涡旋光束的拓扑荷数；n表示振幅逆向调控因子，n是一个大于0小于1的常数；表示拉盖尔多项式，p表示拉盖尔多项式的径向指数；w
k
表示所述涡旋光束的束腰半径，其中w0表示光束初始的束腰半径，n＝p (|m| 1)/2。2.如权利要求1所述的半径反常的涡旋光束掩模板的设计方法，其特征在于：所述闪耀光栅的相位表达式表示为：q＝2πx/d，其中，d为该闪耀光栅的相位周期，x为直角坐标系的水平方向矢量。3.如权利要求1所述的半径反常的涡旋光束掩模板的设计方法，其特征在于：掩模板像素大小为512
×
512。4.一种半径反常的涡旋光束产生方法，其特征在于：使用如权利要求1-2任意一项所述的半径反常的涡旋光束掩模板的设计方法产生，包括：激光器出射一束平行光入射到加载有所述涡旋光束掩模板的空间光调制器上，由空间光调制器透射的光束经过一个4f透镜滤波系统即可得到所需的光环半径随拓扑荷数的变大而变小的涡旋光束。5.如权利要求4所述的半径反常的涡旋光束产生方法，其特征在于：所述激光器为连续波固体激光器。6.如权利要求5所述的半径反常的涡旋光束产生方法，其特征在于：所述激光器出射光束波长为532nm。7.如权利要求4所述的半径反常的涡旋光束产生方法，其特征在于：所述空间光调制器为反射式空间光调制器。8.如权利要求7所述的半径反常的涡旋光束产生方法，其特征在于：所述空间光调制器尺寸大小为1920
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1080像素，像素大小为8μm。9.如权利要求4所述的半径反常的涡旋光束产生方法，其特征在于：所述4f透镜滤波系统包括两个焦距为200mm的透镜。
10.一种用于细胞操纵的激光光源，其特征在于：采用如权利要求4-8任意一项所述的半径反常的涡旋光束产生方法产生光环半径随拓扑荷数的变大而变小的涡旋光束。

技术总结
本发明公开了一种半径反常的涡旋光束掩模板的设计方法。本发明通过结合贝塞尔函数与拉盖尔函数之间的关系，对传统拉盖尔高斯涡旋光束的振幅函数进行调制，从而产生光环半径随拓扑荷的增大而减小的光环半径逆向变化的涡旋光束。根据上述方法构建涡旋光束掩模板的复透过率函数，实验上将该复透过率函数通过计算机加载至空间光调制器中，产生一种半径反常的涡旋光束的掩模板，利用该掩模板可用于产生光环半径随拓扑荷数的增大而减小的涡旋光束，这一光束使得将涡旋光束耦合进紧聚焦系统进行细胞操纵变得更加便利，且在光通信领域中使用该光束，不需要更大的接收孔径来增加通信容量，因而在微纳光学领域具有非常重要的应用前景。景。景。


技术研发人员：张浩 赵承良 卢兴园 蔡阳健
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：2022.09.19
技术公布日：2022/12/9