一種多艾里光束相干疊加合成的高能光瓶光束系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多艾里光束相干疊加合成的高能光瓶光束方法，該系統(tǒng)由He-Ne激光器、準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡，反射式空間光調(diào)制器，控制計(jì)算機(jī)、傅里葉透鏡，顯微物鏡，CCD接收器依次連接而成。激光器發(fā)出一束呈高斯分布的激光，該激光經(jīng)過準(zhǔn)直和擴(kuò)束后，傳播到一反射式空間光調(diào)制器上，該空間調(diào)制器上加載了一特殊相位圖形，該相位圖形是通過計(jì)算機(jī)模擬理想多艾里光束與平面光束干涉而得到的光強(qiáng)圖案，通過計(jì)算機(jī)控制輸入到空間光調(diào)制器中。經(jīng)過該相位調(diào)制后反射出來的光束，再經(jīng)過一個(gè)傅里葉透鏡進(jìn)行傅里葉變換就可產(chǎn)生高能光瓶光束，最后通過顯微物鏡的放大然后被放在其后的CCD接收。本發(fā)明靈活地實(shí)現(xiàn)控制光瓶大小。
【專利說明】一種多艾里光束相干疊加合成的高能光瓶光束系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)及光束傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種產(chǎn)生光瓶光束的方法，具體 地說，涉及一種多艾里光束相干疊加合成的高能光瓶光束系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 光瓶光束（bottlebeam)是在光束的傳播方向上有著強(qiáng)度為零的區(qū)域，且在此區(qū) 域外空間都圍繞著高強(qiáng)度的一種特殊的空心光束。由于它具有封閉的暗中空區(qū)域和極高的 強(qiáng)度梯度，正是這些獨(dú)特的光學(xué)特性和新穎的光學(xué)特性，使得它可廣泛應(yīng)用于光鑷，原子捕 獲，粒子操控和原子囚禁等。目前，理論及實(shí)驗(yàn)上已有多種方法可以產(chǎn)生局域空心光束，主 要有通過貝塞爾光束干涉法、高斯光束干涉發(fā)，渦旋光束法、全息波帶片法，組合錐透鏡法 等。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合希望高能光瓶而且大小可以方便調(diào)節(jié)，而目前產(chǎn)生光瓶的方法都 有不同的缺陷。其中一個(gè)缺陷是光學(xué)元件參數(shù)不可調(diào)，一旦光學(xué)元件制造完成，因其產(chǎn)生 的光瓶光束大小也固定不變。另外目前這些方法中有的需要制作復(fù)雜的高精度衍射光學(xué)元 件，也增加了技術(shù)的復(fù)雜性和而且成本昂貴。再者就是光瓶產(chǎn)生到應(yīng)用需要一定的傳播距 離，使得光瓶的能量低影響應(yīng)用。
[0003] 近些年來，艾里光束因具有無衍射、自加速、自愈等特點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用和研 宄。針對(duì)當(dāng)前光瓶實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，本發(fā)明利用艾里光束的這些奇特的光學(xué)特性，將 多個(gè)艾里光束按環(huán)形相干疊加，產(chǎn)生環(huán)形光瓶光束，利用每個(gè)艾里光束無衍射特點(diǎn)，通過相 干疊加極大的提高光瓶能量，而且通過調(diào)節(jié)多艾里光束的間隔分布，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)光瓶大小 可控，滿足原子囚禁與細(xì)胞操控的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中光瓶能量低、光瓶大小不易調(diào)控的缺陷，本發(fā)明提供一種多 艾里光束相干疊加合成的高能光瓶光束系統(tǒng)及方法，該方法采用空間光調(diào)制器結(jié)合全息技 術(shù)來產(chǎn)生多艾里光束的相干疊加，實(shí)現(xiàn)高能光瓶光束分布。滿足原子捕獲與粒子操控的需 求。
[0005] 其技術(shù)方案如下：
[0006] 一種多艾里光束相干疊加合成的高能光瓶光束系統(tǒng)，由He-Ne激光器1、準(zhǔn)直擴(kuò)束 鏡2,反射式空間光調(diào)制器3,控制計(jì)算機(jī)4、傅里葉透鏡5,顯微物鏡6,CXD接收器7依次連 接而成。
[0007] 一種多艾里光束相干疊加合成的高能光瓶光束方法，包括以下步驟：首先，激光 器發(fā)出一束呈高斯分布的激光，該激光經(jīng)過準(zhǔn)直和擴(kuò)束后，傳播到一反射式空間光調(diào)制器 (SLM)上，該空間調(diào)制器上加載了一特殊相位圖形，該相位圖形是通過計(jì)算機(jī)模擬理想多艾 里光束與平面光束干涉而得到的光強(qiáng)圖案，通過計(jì)算機(jī)控制輸入到空間光調(diào)制器中。經(jīng)過 該相位調(diào)制后反射出來的光束，再經(jīng)過一個(gè)傅里葉透鏡進(jìn)行傅里葉變換就可產(chǎn)生高能光瓶 光束，最后通過顯微物鏡的放大然后被放在其后的CCD接收。
[0008] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明因?yàn)槭嵌喟锕馐暮铣?，以及每個(gè)艾里光束都是近 似無衍射自加速光束，所以獲得的光瓶能量大大提高。另外通過計(jì)算機(jī)控制調(diào)節(jié)產(chǎn)生相位 中的多艾里光束之間的距離，可以很靈活地實(shí)現(xiàn)控制光瓶大小，滿足原子囚禁與細(xì)胞操控 的需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的產(chǎn)生的光瓶光束系統(tǒng)不意圖；
[0010] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的相位圖；
[0011] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的產(chǎn)生的光瓶光束圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0013] 圖1為本發(fā)明產(chǎn)生多艾里光束相干疊加合成的高能光瓶光束示意圖。包括He-Ne 激光器1、準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡2,反射式空間光調(diào)制器3,控制計(jì)算機(jī)4、傅里葉透鏡5,顯微物鏡6， CCD接收器7組成。光瓶光束是通過多束無衍射自加速艾里光束相干疊加而產(chǎn)生，大大提高 光瓶的能量。通過控制計(jì)算機(jī)4輸入到空間光調(diào)制器3中的相位圖形是多艾里光束與平面 光束相干涉產(chǎn)生的圖樣?？赏ㄟ^計(jì)算機(jī)控制產(chǎn)生相位圖中的多個(gè)艾里光束之間的距離，靈 活自由地實(shí)現(xiàn)調(diào)控光瓶大小。該方法是通過全息技術(shù)和空間光調(diào)制技術(shù)相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)。
[0014] 具體地，激光器為可見光波長為632. 8nm的He-Ne激光器；準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡焦距 300mm，通光口徑50mm;空間光調(diào)制器為反射式，像素大小為8um，分辨率為1920*1080,工作 波段420-850nm;傅里葉變換透鏡焦距300mm;顯微物鏡放大率40倍，數(shù)值孔徑NA= 0. 6 ; CCD分辨率 1920*1080。
[0015] 當(dāng)He-Ne激光器發(fā)射的高斯激光束經(jīng)過準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡擴(kuò)束，光束充滿整個(gè)通光孔 徑；然后將擴(kuò)束的平行光投射到反射式空間光調(diào)制器上，空間光調(diào)制器上通過計(jì)算機(jī)控制 輸入相應(yīng)的相位圖，該相位圖形是通過計(jì)算機(jī)模擬理想多艾里光束與平面光束干涉而得到 的光強(qiáng)圖案，如圖2所示，本實(shí)例中以10束艾里光束為例，其中多艾里光束可以表示為：

【權(quán)利要求】
1. 一種多艾里光束相干疊加合成的高能光瓶光束系統(tǒng)，其特征在于，由He-Ne激光器 (1)、準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡（2)，反射式空間光調(diào)制器（3)，控制計(jì)算機(jī)（4)，傅里葉透鏡（5)，顯微物鏡 (6)，(XD接收器（7)依次連接而成。
2. -種多艾里光束相干疊加合成的高能光瓶光束方法，其特征在于，包括以下步驟： 首先，激光器發(fā)出一束呈高斯分布的激光，該激光經(jīng)過準(zhǔn)直和擴(kuò)束后，傳播到一反射式空間 光調(diào)制器SLM上，該空間調(diào)制器上加載了一特殊相位圖形，該相位圖形是通過計(jì)算機(jī)模擬 理想多艾里光束與平面光束干涉而得到的光強(qiáng)圖案，通過計(jì)算機(jī)控制輸入到空間光調(diào)制器 中，經(jīng)過該相位調(diào)制后反射出來的光束，再經(jīng)過一個(gè)傅里葉透鏡進(jìn)行傅里葉變換就能產(chǎn)生 高能光瓶光束，最后通過顯微物鏡的放大然后被放在其后的(XD接收。
【文檔編號(hào)】G02B27/09GK104516111SQ201410801814
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】錢義先, 程曉薇, 李登輝 申請(qǐng)人:錢義先