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一種三維陣列空心光斑的產(chǎn)生方法及裝置與流程

文檔序號:12823429閱讀:561來源:國知局
一種三維陣列空心光斑的產(chǎn)生方法及裝置與流程

本發(fā)明涉及一種陣列光斑的產(chǎn)生方法及裝置,特別是一種具有三維陣列結(jié)構(gòu)的、每個光斑位置可調(diào)的、光斑為空心結(jié)構(gòu)的陣列光斑,可用于陣列光鑷、超分辨顯微成像與超分辨納米光刻領(lǐng)域。



背景技術(shù):

所謂空心光斑,即為光束聚焦后的光斑中心是一個暗核,此處的光強為零。在光鑷技術(shù)、高分辨率成像以及高密度光存儲等領(lǐng)域都需要空心光斑,例如在光鑷領(lǐng)域,具有軸向區(qū)域零光強的空心光斑減弱了光散射力,因此不僅可以用來捕獲“高折射率”的微粒子,而且也可以捕獲“低折射率”的微粒子或生命細胞等;在超分辨顯微成像領(lǐng)域,特別是在受激發(fā)射損耗顯微鏡(sted:stimulatedemissiondepletionmicroscopy)等超分辨顯微設(shè)備中,需要生產(chǎn)一個空心光斑作為損耗光,以便獲得小于衍射極限的顯微成像;在超分辨納米加工技術(shù)中,為了進一步提高納米加工技術(shù)的分辨率,可以采用雙光束光刻技術(shù),其中雙光束光刻中作為抑制光的光束就需要聚焦為空心光斑。

目前,空心光斑的產(chǎn)生技術(shù)主要利用螺旋相位調(diào)制或徑向偏振調(diào)制顯微物鏡后焦面光場分布,在聚焦區(qū)域產(chǎn)生空心光斑。一般情況下,對一束激光調(diào)制后只產(chǎn)生一個空心光斑,而在實際應(yīng)用方面,往往需要產(chǎn)生多個陣列空心暗斑。比如要實現(xiàn)多個粒子的同時操控,得需要能產(chǎn)生多個光斑的陣列光鑷技術(shù)。在超分辨顯微成像或者納米加工技術(shù)中,為了提高成像速度或者加工效率,也需要產(chǎn)生多個的陣列空心光斑。但是,目前現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生的陣列空心光斑多為二維平面,且光斑的位置操控自由度低,很難實現(xiàn)動態(tài)三維的多個空心光斑分布,且每個空心暗斑的空間位置也無法實現(xiàn)精確操控。

中國發(fā)明專利【cn201210052253.4】公開了一種三維空心光斑生成方法和裝置,利用兩束光的干涉來產(chǎn)生空心光斑,但此方法和裝置只能產(chǎn)生一個空心光斑,只是光斑的強度分布是三維的,并沒有三維空間分布的多個焦點。中國發(fā)明專利【cn201410360641.8】公開了一種陣列光斑的產(chǎn)生方法,但只產(chǎn)生二維的正方陣列光斑,不是三維陣列光斑,且光斑的位置不可調(diào),光斑強度分布也不是空心的。中國發(fā)明專利【cn201410360641.8】公開了一種多焦點陣列光斑的發(fā)生裝置及方法,可以產(chǎn)生偏振可調(diào)和位置可調(diào)的陣列光斑,但光斑的強度分布不是空心的,且陣列光斑的空間分布也不是三維的。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

為了克服上述陣列光斑產(chǎn)生方法的不足,本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題提供了一種能夠得到具有三維陣列結(jié)構(gòu)、每個光斑位置在三維空間內(nèi)可調(diào)、且每個光斑的強度分布是空心結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生方法。

與此相應(yīng),本發(fā)明另一個要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠得到具有三維陣列結(jié)構(gòu)、每個光斑位置在三維空間內(nèi)可調(diào)、且每個光斑的強度分布是空心結(jié)構(gòu)的裝置。

本發(fā)明方法和裝置可以較好的應(yīng)用到光鑷技術(shù)、高分辨率成像以及高密度光存儲等領(lǐng)域。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種三維陣列空心光斑的產(chǎn)生方法,包括以下步驟:

步驟1:將激光器出射的激光轉(zhuǎn)換為線偏振的平面波;

步驟2:為了實現(xiàn)聚焦產(chǎn)生三維空間分布且位置可調(diào)的多個焦點,對所述線偏振的平面波進行波前相位調(diào)制,所述波前相位調(diào)制為將所述線偏振的平面波調(diào)整為具有三維空間位置可控的陣列光斑相位分布的光波;

步驟3:為了實現(xiàn)聚焦光斑為空心的,將所述波前相位調(diào)制后的光波經(jīng)過帶有螺旋相位的圓偏振或不帶有螺旋相位的角向偏振進行調(diào)制,形成帶有螺旋相位的圓偏振光波或不帶有螺旋相位的角向偏振光波;

步驟4:將帶有螺旋相位的圓偏振光波或不帶有螺旋相位的角向偏振光波經(jīng)物鏡聚焦后產(chǎn)生陣列光斑,所述陣列光斑為在三維空間排列的多個空心的光斑,且每個光斑位置可以在三維空間內(nèi)精確移動。

本發(fā)明中三維陣列空心光斑的產(chǎn)生方法的有益效果是:采用波前相位為將具有三維空間位置可控的陣列光斑相位分布,利用相位調(diào)制角向偏振或者具有螺旋相位的圓偏振光束,在聚焦區(qū)域?qū)a(chǎn)生三維空間分布的多個空心光斑,且每個空心光斑的空間位置可以精確調(diào)節(jié);這種空間位置可精確調(diào)節(jié)的多焦點陣列空心光斑,可以廣泛應(yīng)用在并行激光納米加工、多微粒子操控與捕獲、高密度光學(xué)數(shù)據(jù)存儲與及超分辨光學(xué)顯微成像等領(lǐng)域。

進一步,步驟2中對所述線偏振的平面波進行波前相位調(diào)制的具體步驟如下:

首先,將物鏡的后焦面對應(yīng)的入射光瞳區(qū)域,均分為n個寬度相等的同心圓環(huán):a1、a2……an-1、an,其中最中心的為半徑與其它圓環(huán)的寬度相等的圓;

然后,將步驟1中所述的每個圓環(huán)進一步細分為m個寬度相等的同心子圓環(huán):s1、s2……sm-1、sm;

最后,將m個相位分布依次對應(yīng)填入每個圓環(huán)(a1、a2……an-1、an)的m個子圓環(huán)中(s1、s2……sm-1、sm)。

采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果是:可通過改變子圓環(huán)的數(shù)目來控制光斑的數(shù)目。

進一步,所述步驟2中m個相位分布由公式(1)確定;

其中

m:表示第m個聚焦光斑;

λ:表示從激光器出射的激光波長;

na:表示物鏡的數(shù)值孔徑;

r:表示物鏡的入射光瞳的半徑;

nt:表示油浸物質(zhì)的折射率;

(δxm,δym,δzm):表示第m個聚焦光斑的空間位置。

采用上述進一步技術(shù)方案的有益效果是:所述陣列光斑中每個光斑可通過改變公式(1)中的參數(shù)(δxm,δym,δzm)來實現(xiàn)三維方向上的精確位置控制。

進一步,所述陣列光斑的數(shù)目與子圓環(huán)的數(shù)目m相等,可通過改變子圓環(huán)的數(shù)目來改變光斑的數(shù)目。

進一步,當螺旋相位拓撲荷等于1時,所述帶有螺旋相位的圓偏振為左旋的;當螺旋相位拓撲荷等于-1時,所述帶有螺旋相位的圓偏振為右旋的。

本發(fā)明還涉及一種用于實現(xiàn)上述三維陣列空心光斑的產(chǎn)生裝置,具體方案如下:一種三維陣列空心光斑的產(chǎn)生裝置,包括激光器、針孔濾波器、準直透鏡、半波片、加載有三維陣列相位圖的空間光調(diào)制器、帶有螺旋相位板的圓偏振轉(zhuǎn)換器或角向偏振轉(zhuǎn)換器的光波轉(zhuǎn)換器、光束直徑改變器和物鏡;

激光器發(fā)出線偏振的激光光束,所述針孔濾波器位于所述激光光束的光軸上,所述激光光束經(jīng)針孔濾波器濾波處理后轉(zhuǎn)換為干凈的擴散光束,所述擴散光束經(jīng)準直透鏡后,準直擴束為平面波;

所述平面波透過與所述準直透鏡處于同一軸線上的半波片后,平面波的線偏振方向與空間光調(diào)制器所要求的偏振方向相同,經(jīng)所述空間光調(diào)制器調(diào)制后反射到所述光波轉(zhuǎn)換器上,透過光波轉(zhuǎn)換器后,光波為加載螺旋相位的圓偏振光波或未加載螺旋相位的角向偏振的光波;

所述加載螺旋相位的圓偏振光波或未加載螺旋相位的角向偏振光波經(jīng)所述光束直徑改變器擴束或縮束后,透過物鏡聚焦產(chǎn)生三維位置可調(diào)的陣列空心光斑。

進一步,所述相位圖具有以下結(jié)構(gòu):

相位圖由n個寬度相等的同心圓環(huán)(a1、a2……an-1、an)組成,其中最中心的為半徑與其它圓環(huán)的寬度相等的圓;

每個寬度相等的同心圓環(huán)(a1、a2……an-1、an)又由m個寬度相等的同心子圓環(huán)(s1、s2、……sm-1、sm)組成;

每個子圓環(huán)(s1、s2、……sm-1、sm)中填有對應(yīng)的相位分布;

進一步,所述對應(yīng)的相位分布由公式(1)確定:

其中,m:表示第m個聚焦光斑;

λ:表示從激光器出射的激光波長;

na:表示物鏡的數(shù)值孔徑;

r:表示物鏡的入射光瞳的半徑;

nt:表示油浸物質(zhì)的折射率;

(δxm,δym,δzm):表示第m個聚焦光斑的空間位置。

進一步,所述物鏡為高數(shù)值孔徑油浸物鏡。

進一步,所述空間光調(diào)制器為反射式純相位空間光調(diào)制器。

進一步,所述激光光束為tem00模式。

本發(fā)明中三維陣列空心光斑的產(chǎn)生裝置的有益效果是:通過激光器、針孔濾波器、準直透鏡、半波片、空間光調(diào)制器、光波轉(zhuǎn)換器、光束直徑改變器和顯微物鏡的協(xié)調(diào)運作,利用加載有與空間位置與光斑數(shù)目有關(guān)的相位圖的空間光調(diào)制器,調(diào)制角向偏振光或者具有螺旋相位的光束,經(jīng)高數(shù)值孔徑物鏡聚焦后,在緊聚焦區(qū)域得到三維空間分布的多個空心光斑,且每個光斑的空間位置可以精確調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的基本原理是:

基于理查德-沃爾夫矢量衍射公式【proc.r.soc.londonser.a253,349(1959);proc.r.soc.londonser.a253,358(1959)】,可以計算高數(shù)值孔徑物鏡的緊聚焦場中任一位置處的光場分布。進一步此矢量衍射公式還可以表述為物鏡后焦面上光場分布的傅里葉變換。因此,通過在物鏡后焦面上添加一個附加的相位調(diào)制可以在聚焦場區(qū)域產(chǎn)生一個空間位移。由此得出,用來調(diào)制高數(shù)值孔徑物鏡的焦點使其在焦平面上的空間位置變化的相位分布表達式為

其中,λ為激光波長,r為入射光瞳的半徑,na為物鏡的數(shù)值孔徑,nt為油浸物質(zhì)的折射率,δx,δy,δz為焦點在焦平面上的空間位置變化。因此,通過公式(1)產(chǎn)生的相位分布可以用來調(diào)制物鏡的后焦面,使其產(chǎn)生的焦點在三維空間內(nèi)位置可調(diào)。

針對多個焦點的產(chǎn)生,主要采用將物鏡后焦面進行均勻分區(qū)的方法,將不同區(qū)域內(nèi)填入如公式(1)確定的相位分布,因此不同相位的區(qū)域聚焦后將會產(chǎn)生不同位置處的焦點。當將物鏡后焦面分為很多具有不同相位的區(qū)域后,將會聚焦產(chǎn)生多個焦點,且焦點的位置在三維空間內(nèi)可調(diào)。

針對物鏡聚焦產(chǎn)生空心暗斑,可以采用將線偏振光轉(zhuǎn)換為角向偏振光的方法。在柱坐標系下,角向偏振光經(jīng)高數(shù)值孔徑物鏡聚焦后的光場分布為

可以看出聚焦光場分布的徑向和縱向分量均為零。因此,角向偏振光聚焦產(chǎn)生的光斑為空心光斑。

除此之外,利用具有螺旋相位的渦旋光束,也可以在聚焦區(qū)域產(chǎn)生空心光斑【陳子陽,渦旋光束的傳輸與聚焦特性,浙江大學(xué)2014】。渦旋光束與普通高斯型的光強分布不同,完全相干的渦旋光束的光斑中心為一奇點,當渦旋光束被聚焦的時候,在聚焦區(qū)的光強分布是中空型的空心光強分布。渦旋光束的產(chǎn)生,可以通過一個簡單的螺旋相位板,其是一種透明的光學(xué)衍射元件,光束通過該相位片后會附加一個螺旋相位相位因子exp(inθ),其中n為拓撲荷數(shù),為θ旋轉(zhuǎn)方位角。一束激光通過螺旋相位板后就具有了螺旋相位特性,經(jīng)透鏡聚焦后產(chǎn)生中空的環(huán)形光斑。

當入射光為圓偏振渦旋光束時,高數(shù)值孔徑物鏡的緊聚焦區(qū)域的光場分布的表達式為【apl102,084103,(2013),《光學(xué)學(xué)報》2014,34(5)0526003】:

其中,eρ、eφ和ez表示圓偏振渦旋光束在柱坐標系下沿徑向、軸向和角向的聚焦場光場分量。

通過調(diào)制可空間位移變化的三維陣列多焦點相位和具有角向偏振的光束或具有螺旋相位的圓偏振光,最終得到三維陣列分布的空心光斑,且每個空心光斑的空間位置可以任意調(diào)節(jié)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述相位分區(qū)調(diào)制產(chǎn)生步驟中第一次分區(qū)示意圖;

圖2為本發(fā)明所述相位分區(qū)調(diào)制產(chǎn)生步驟中第二次分區(qū)示意圖;

圖3為本發(fā)明所述的m=8個陣列光斑時,填入位置參數(shù)的相位分布圖;

圖4為本發(fā)明一種三維陣列空心光斑的產(chǎn)生裝置示意圖;

圖5是本發(fā)明所述的m=8、螺旋相位n=1、左旋圓偏振時的三維等強度面分布圖;

圖6是本發(fā)明所述的m=8、螺旋相位n=1、左旋圓偏振時,z=0μm處的強度分布圖;

圖7是本發(fā)明所述的m=8、螺旋相位n=1、左旋圓偏振時,z=2μm處的強度分布圖;

圖8是本發(fā)明所述的m=8、角向偏振時,三維等強度面分布圖;

圖9是本發(fā)明所述的m=8、角向偏振時,z=0μm處的強度分布圖;

圖10是本發(fā)明所述的m=8、角向偏振時,z=2μm處的強度分布圖;

圖11為本發(fā)明所述的m=9個陣列光斑時,填入位置參數(shù)的相位分布圖;

圖12是本發(fā)明所述的m=9、螺旋相位n=1、左旋圓偏振時的三維等強度面分布圖;

圖13是本發(fā)明所述的m=9、螺旋相位n=1、左旋圓偏振時,z=0μm處的強度分布圖;

圖14是本發(fā)明所述的m=9、螺旋相位n=1、左旋圓偏振時,z=2μm處的強度分布圖;

圖15是本發(fā)明所述的m=9、角向偏振時,三維等強度面分布圖;

圖16是本發(fā)明所述的m=9、角向偏振時,z=0μm處的強度分布圖;

圖17是本發(fā)明所述的m=9、角向偏振時,z=2μm處的強度分布圖;

附圖中,各標號所代表的部件列表如下:

1、激光器,2、針孔濾波器,3、準直透鏡,4、半波片,5、空間光調(diào)制器,6、光波轉(zhuǎn)換器,7、光束直徑改變器,8、物鏡,9、陣列空心光斑,10、相位圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述,所舉實例只用于解釋本發(fā)明,并非用于限定本發(fā)明的范圍。

以下以入射光波波長λ=532nm,物鏡數(shù)值孔徑na=1.4,油浸物質(zhì)的折射率nt=1.518,入射光瞳半徑r=3mm為例,設(shè)計空間位置可調(diào)的三維多焦點陣列空心光斑的具體實施方案。

一種三維陣列空心光斑的產(chǎn)生方法,該方法包括以下步驟:

步驟1:將激光器出射的激光轉(zhuǎn)換為線偏振的平面波;

步驟2:為了實現(xiàn)聚焦產(chǎn)生三維空間分布且位置可調(diào)的多個焦點,對所述線偏振的平面波進行波前相位調(diào)制,所述波前相位調(diào)制為將所述線偏振的平面波調(diào)整為具有三維空間位置可控的陣列光斑相位分布的光波;

步驟3:為了實現(xiàn)聚焦光斑為空心的,將所述波前相位調(diào)制后的光波經(jīng)過帶有螺旋相位的圓偏振或不帶有螺旋相位的角向偏振進行調(diào)制,形成帶有螺旋相位的圓偏振光波或不帶有螺旋相位的角向偏振光波;

步驟4:將帶有螺旋相位的圓偏振光波或不帶有螺旋相位的角向偏振光波經(jīng)物鏡聚焦后產(chǎn)生陣列光斑,所述陣列光斑為在三維空間排列的多個空心的光斑,且每個光斑位置可以在三維空間內(nèi)精確移動。

其中,所述具有三維空間位置可控的陣列光斑的相位分布設(shè)計步驟如下:

首先,如圖1所示,將物鏡的后焦面對應(yīng)的半徑為r的入射光瞳區(qū)域,均分為n個寬度相等的同心圓環(huán):a1、a2……an-1、an,每個圓環(huán)的寬度為r/n,其中入射光瞳區(qū)域的最中心的為圓,其半徑與其它圓環(huán)的寬度相等;

然后,如圖2所示,將步驟1中所述的每個寬度為r/n的圓環(huán)進一步細分為m個寬度相等的同心子圓環(huán):s1、s2……sm-1、sm,每個子圓環(huán)的寬度為r/(nm),其中入射光瞳區(qū)域的最中心的為子圓,其半徑與其它子圓環(huán)的寬度相等;

最后,將m個相位分布依次對應(yīng)填入每個圓環(huán)(a1、a2……an-1、an)的m個子圓環(huán)中(s1、s2……sm-1、sm)。其中,m個相位分布由與光斑的三維空間位置有關(guān)的公式(1)確定:

其中,m:表示第m個聚焦光斑;

λ:表示從激光器出射的激光波長;

na:表示物鏡的數(shù)值孔徑;

r:表示物鏡的入射光瞳的半徑;

nt:表示油浸物質(zhì)的折射率;

(δxm,δym,δzm):表示第m個聚焦光斑的空間位置。

如圖3所示,為基于以上方法設(shè)計的一種相位分布圖。

實施例1

選用圓環(huán)數(shù)n=80,子圓環(huán)數(shù)m=8,對應(yīng)m=8時為一個三維正方陣列,其各個光斑的位置參數(shù)為(δx1,δy1,δz1)=[2μm,2μm,2μm];(δx2,δy2,δz2)=[-2μm,2μm,2μm];(δx3,δy3,δz3)=[-2μm,-2μm,2μm];(δx4,δy4,δz4)=[2μm,-2μm,2μm];(δx5,δy5,δz5)=[2μm,2μm,0μm];(δx6,δy6,δz6)=[-2μm,2μm,0μm];(δx7,δy7,δz7)=[-2μm,-2μm,0μm];(δx8,δy8,δz8)=[2μm,-2μm,0μm]。

圖4所示為產(chǎn)生三維陣列光斑裝置的示意圖。一種三維陣列空心光斑的產(chǎn)生裝置,如圖4所示,包括激光器1、針孔濾波器2、準直透鏡3、半波片4、空間光調(diào)制器5、光波轉(zhuǎn)換器6、光束直徑改變器7和物鏡8。所述空間光調(diào)制器5上加載有如圖3所示的相位圖10;激光器1發(fā)出波長為532nm、線偏振、tem00模式的激光,經(jīng)針孔濾波器2濾波處理后轉(zhuǎn)換為干凈的擴散光束,再經(jīng)準直透鏡3后準直擴束為平面波,再透過半波片4后平面波的線偏振方向與空間光調(diào)制器5所要求的偏振方向相同,平面波再經(jīng)加載有三維陣列相位圖10的反射式純相位空間光調(diào)制器5調(diào)制后反射到光波轉(zhuǎn)換器6上,透過光波轉(zhuǎn)換器6后,再經(jīng)光束直徑改變器7擴束或縮束后,經(jīng)高數(shù)值孔徑為na=1.4的油浸物鏡8聚焦產(chǎn)生三維位置可調(diào)的陣列空心光斑9。

為了同時實現(xiàn)三維陣列聚焦光斑的光強分布為空心的,平面波前經(jīng)加載有三維陣列相位圖10的空間光相位器調(diào)制后,需再經(jīng)過帶有螺旋相位的圓偏振或不帶有螺旋相位的角向偏振的調(diào)制,具有螺旋相位的圓偏振光可以通過一個螺旋相位板和四分之一波片產(chǎn)生,角向偏振可以通過角向偏振轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生。

圖5所示為經(jīng)由螺旋相位板和四分之一波片組成的光波轉(zhuǎn)換器后,光波又加載上拓撲荷n=1的相位且偏振態(tài)變?yōu)樽笮龍A偏振光的三維等強度面分布。圖6所示為m=8、螺旋相位n=1、左旋圓偏振時,z=0μm處的強度分布圖。圖7所示為m=8、螺旋相位n=1、左旋圓偏振時,z=2μm處的強度分布圖。從圖中可以看出,此時聚焦的光斑為三維陣列分布的,與圖3設(shè)計時的參數(shù)相符,產(chǎn)生了8個聚焦光斑,光斑成三維正方陣列結(jié)構(gòu)分布,光斑強度分布為空心的,且光斑位置與所設(shè)參數(shù)也相同。

當螺旋相位拓撲荷等于-1的右旋圓偏振光時,得到的結(jié)果與圖5-7中的結(jié)構(gòu)相同。

圖8所示為經(jīng)由角向偏振轉(zhuǎn)換器后,光波偏振變?yōu)榻窍蚱窆獾娜S等強度面分布。圖9所示為對應(yīng)在z=0μm處的強度分布圖。圖10所示為對應(yīng)在z=2μm處的強度分布圖。從圖8-10中可以看出,不加螺旋相位只是將偏振方向轉(zhuǎn)換為角向偏振時,同樣可以產(chǎn)生于設(shè)計參數(shù)相同的三維陣列空間分布的空心陣列光斑。

陣列光斑的數(shù)目與子圓環(huán)的數(shù)目m有關(guān),可通過改變子圓環(huán)的數(shù)目來改變光斑的數(shù)目,并且陣列光斑中每個光斑可通過改變公式(1)中的參數(shù)(δxm,δym,δzm)來實現(xiàn)三維方向上的精確位置控制。

實施例2

選用m=9個陣列光斑時的相位圖,如圖11所示,其中圓環(huán)數(shù)n=60,對應(yīng)9個光斑的位置參數(shù):(δx1,δy1,δz1)=[2cos(π/4)μm,2sin(π/4)μm,1μm]、(δx2,δy2,δz2)=[2cos(π/2)μm,2sin(π/2)μm,1μm]、(δx3,δy3,δz3)=[2cos(3π/4)μm,2sin(3π/4)μm,1μm]、(δx4,δy4,δz4)=[2cos(π)μm,2sin(π)μm,1μm]、(δx5,δy5,δz5)=[2cos(5π/4)μm,2sin(5π/4)μm,1μm]、(δx6,δy6,δz6)=[2cos(3π/2)μm,2sin(3π/2)μm,1μm]、(δx7,δy7,δz7)=[2cos(7π/4)μm,2sin(7π/4)μm,1μm]、(δx8,δy8,δz8)=[2cos(2π)μm,2sin(2π)μm,1μm]、(δx9,δy9,δz9)=[0μm,0μm,-1μm]。

圖12所示為選用參數(shù)m=9時和經(jīng)由螺旋相位板和四分之一波片組成的光波轉(zhuǎn)換器后,光波又加載上拓撲荷n=1的相位且偏振變?yōu)樽笮龍A偏振光的三維等強度面分布。圖13所示為m=9、螺旋相位n=1、左旋圓偏振時,z=1μm處的強度分布圖。圖14所示為m=9、螺旋相位n=1、左旋圓偏振時,z=-1μm處的強度分布圖。圖15所示為m=9經(jīng)由角向偏振轉(zhuǎn)換器后,光波偏振變?yōu)榻窍蚱窆獾娜S等強度面分布。圖16所示為對應(yīng)在z=1μm處的強度分布圖。圖17所示為對應(yīng)在z=-1μm處的強度分布圖。從圖12-17中可以看出,通過改變子圓環(huán)的數(shù)目m和公式(1)中的參數(shù)(δxm,δym,δzm),可以實現(xiàn)光斑數(shù)目和對應(yīng)各個光斑在三維方向上的精確位置控制。

可見,本發(fā)明可以產(chǎn)生三維陣列空心光斑。通過設(shè)計與焦點的空間位置與光斑數(shù)目有關(guān)的相位分布,利用此相位調(diào)制角向偏振或者具有螺旋相位的圓偏振光束,在聚焦區(qū)域?qū)a(chǎn)生三維空間分布的多個空心光斑,且光斑的數(shù)目和每個空心光斑的空間位置可以精確調(diào)節(jié)。這種空間位置可精確調(diào)節(jié)的多焦點陣列空心光斑,克服了現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題和不足,在并行激光微納米加工、并行激光微粒子操控與捕獲、多維光學(xué)數(shù)據(jù)存儲與超分辨光學(xué)顯微成像等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

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