本發(fā)明涉及光場(chǎng)調(diào)控領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)可調(diào)鏈狀磁斑產(chǎn)生的方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)光場(chǎng)與磁光材料之間的相互作用產(chǎn)生了興趣，因?yàn)槠湓谌獯庞涗洝⒃硬东@、共聚焦顯微鏡等方面具有潛在的應(yīng)用。目前的報(bào)告顯示，通過(guò)逆法拉第效應(yīng)，圓偏振光在透鏡聚焦下產(chǎn)生縱向磁化場(chǎng)，可是其含有的中空形的橫向磁化分量不利于全光磁記錄。

為了消除橫向磁化分量，顧敏研究小組引入了角向偏振光，并證實(shí)角向偏振螺旋光在透鏡聚焦下產(chǎn)生純的縱向磁化，消除了橫向磁化。為了產(chǎn)生長(zhǎng)的縱向磁化，李向平等人使用環(huán)狀螺旋相位濾波器產(chǎn)生亞波長(zhǎng)的縱向磁針。最近張大偉小組同時(shí)使用角向和徑向調(diào)制的環(huán)狀相位濾波器更進(jìn)一步地產(chǎn)生了28λ的純的縱向磁針。以上所述的這些優(yōu)化的純的縱向磁化能夠很好地用于捕獲原子和全光磁記錄，但是對(duì)于需要捕獲一定數(shù)量的原子和多個(gè)磁光記錄和存儲(chǔ)時(shí)應(yīng)用受限。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，宋瑛林小組選用三環(huán)螺旋相位濾波器調(diào)制角向偏振光產(chǎn)生多個(gè)磁斑，可是磁化強(qiáng)度向兩側(cè)逐漸減小，捕獲原子數(shù)目有限，并且磁斑較大，且非圓對(duì)稱(chēng)，不利于捕獲。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提出了一種利用角向偏振矢量光產(chǎn)生可調(diào)鏈狀磁斑的方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種利用角向偏振矢量光產(chǎn)生可調(diào)鏈狀磁斑的方法，一組同軸順序設(shè)置的光源、透射式振幅型空間光調(diào)制器、螺旋相位板和透鏡與另一組呈鏡像對(duì)稱(chēng)且兩個(gè)透鏡的焦點(diǎn)重合，磁光材料置于焦點(diǎn)處；

其中，所述光源產(chǎn)生角向偏振光，兩個(gè)所述透射式振幅型空間光調(diào)制器加載同樣的三個(gè)同心圓環(huán)振幅信息圖，每個(gè)圓環(huán)的半徑可以通過(guò)改變加載的信息進(jìn)行調(diào)節(jié)，振幅調(diào)制器與螺旋相位板疊加形成渦旋二元濾波器，螺旋相位板的相位信息表達(dá)式為：

其中，(ρ，φ)為極坐標(biāo)系下的徑向和角向坐標(biāo)，δl＝δnh/λ為以波長(zhǎng)為單位的螺旋相位板的步幅高度，δn為相位板與周?chē)橘|(zhì)的折射率系數(shù)之差，λ為真空中光的波長(zhǎng)，h為螺旋相位板的旋轉(zhuǎn)臺(tái)階高度；

透射式振幅型空間光調(diào)制器所加載的振幅信息表達(dá)式為：

t(ρ,φ)＝ε(ρ-t1ρ0)ε(t2ρ0-ρ)

其中，(ρ，φ)為極坐標(biāo)系下的徑向和角向坐標(biāo)，ρ0為外環(huán)半徑，t1、t2分別為內(nèi)環(huán)、中間環(huán)與外環(huán)的半徑比值，0＜t1＜t2＜1且t2-t1不大于0.1，ε(·)為階躍函數(shù)；

透射式振幅型空間光調(diào)制器所加載的振幅信息與螺旋相位板自帶的相位信息上進(jìn)行疊加，所實(shí)現(xiàn)的輸入光場(chǎng)調(diào)制函數(shù)為：

帶有振幅和相位信息的角向偏振矢量光束經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后獲得多個(gè)等間距的鏈狀磁斑，呈三維球狀分布，因每個(gè)磁斑都有指向其中心的力，成鏈狀的多個(gè)磁斑中每個(gè)磁斑也都有指向各自中心的力，因此提高了原子捕獲效率和磁光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度。

進(jìn)一步，所述磁光材料為稀土合金的磁光薄膜，薄膜厚度為0.03～0.05毫米。

進(jìn)一步，所述透鏡的數(shù)值孔徑在0.5以上。

進(jìn)一步，通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)、中間環(huán)與外環(huán)的半徑比值t1、t2可獲得不同數(shù)量的磁斑。

發(fā)明原理：本發(fā)明將光源產(chǎn)生的兩束相同的角向偏振矢量光束分別從兩側(cè)依次通過(guò)透射式振幅型空間光調(diào)制器與和螺旋相位板，在兩個(gè)振幅型空間光調(diào)制器上加載相同的三個(gè)圓環(huán)半徑可調(diào)的振幅信息圖，經(jīng)過(guò)螺旋相位板后兩束角向偏振光又有了螺旋相位，將角向偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)榻窍蚱駵u旋光，帶有振幅和相位信息的角向偏振矢量光束經(jīng)過(guò)高數(shù)值孔徑透鏡聚焦后獲得多個(gè)等間距的球形磁斑。

有益效果：本發(fā)明依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在產(chǎn)生角向偏振矢量光束的基礎(chǔ)上，通過(guò)光束振幅調(diào)制和相位調(diào)制，然后用高數(shù)值孔徑透鏡緊聚焦，能夠在焦點(diǎn)附近獲得多個(gè)磁斑，每個(gè)磁斑都為球狀分布，并且每個(gè)磁斑的形狀、大小、磁斑強(qiáng)度相同；通過(guò)調(diào)節(jié)渦旋二元濾波器上加載的振幅信息，可以實(shí)現(xiàn)磁斑個(gè)數(shù)的控制。本發(fā)明方法容易實(shí)現(xiàn)，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)整，制造成本低，裝置穩(wěn)定性好，不需要其他特殊的光學(xué)元件。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例1中兩個(gè)透射式振幅型空間光調(diào)制器上加載的振幅信息圖；

圖3為實(shí)施例1中得到的鏈狀的多個(gè)磁斑圖；

圖4為實(shí)施例1中得到的鏈狀磁斑的橫向和縱向的磁化強(qiáng)度的分布曲線圖；

圖5為實(shí)施例2中兩個(gè)透射式振幅型空間光調(diào)制器上加載的振幅信息圖；

圖6為實(shí)施例2中得到的調(diào)制磁斑個(gè)數(shù)的圖；

圖7為實(shí)施例2中得到的鏈狀磁斑的橫向和縱向的磁化強(qiáng)度的分布曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。

實(shí)施例：一種利用角向偏振矢量光產(chǎn)生可調(diào)鏈狀磁斑的裝置，如圖1所示，包括兩個(gè)透射式振幅型空間光調(diào)制器1和2、兩個(gè)螺旋相位板3和4、兩個(gè)相同的高數(shù)值孔徑透鏡5和6、兩臺(tái)控制器7和8和兩個(gè)相同光源9和10，兩個(gè)高數(shù)值孔徑透鏡5、6的焦點(diǎn)重合，螺旋相位板3、4、透射式振幅型空間光調(diào)制器1、2和光源9、10從透鏡兩側(cè)開(kāi)始依次的向兩邊對(duì)稱(chēng)地放置，透射式振幅型空間光調(diào)制器1、2分別連接各自對(duì)應(yīng)的控制器7、8加載振幅信息圖。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生角向偏振矢量光束，兩束相同的角向偏振矢量光束分別從左右兩側(cè)入射，左側(cè)一束角向偏振矢量光依次經(jīng)過(guò)透射式振幅型空間光調(diào)制器1和螺旋相位板3?？刂破?在透射式振幅型空間光調(diào)制器1上加載三個(gè)圓環(huán)半徑可調(diào)的振幅信息圖?？刂破?在透射式振幅型空間光調(diào)制器2上加載振幅信息圖。帶有特殊振幅和相位信息的角向偏振矢量光束經(jīng)過(guò)高數(shù)值孔徑透鏡聚焦后獲得呈鏈狀的多個(gè)磁斑。

本發(fā)明實(shí)際可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：一是產(chǎn)生鏈狀磁斑，二是調(diào)控磁斑數(shù)目。對(duì)于只要產(chǎn)生鏈狀磁斑來(lái)說(shuō)，只要調(diào)制渦旋二元濾波器的振幅信息，即只要調(diào)節(jié)t1和t2的大小，保證0＜t1＜t2＜1以及t2-t1的值在0到0.01之間。例如，我們?cè)O(shè)置t1＝0.92、t2＝0.93、ρ0＝1，加載在透射式振幅型空間光調(diào)制器1以及加載在透射式振幅型空間光調(diào)制器2上的振幅信息圖的表達(dá)式都為：

其振幅分布如圖2所示。產(chǎn)生的磁斑如圖3所示，所產(chǎn)生磁鏈的橫向和縱向的磁化強(qiáng)度的分布曲線圖如圖4所示，圖中產(chǎn)生了15個(gè)大小相等，形狀一樣的等間距球狀磁斑。

如果要調(diào)控磁斑數(shù)目，我們就需要設(shè)置不同的t1和t2的值，t2與t1的差值在0到0.01的范圍內(nèi)。我們先設(shè)定t1的值，然后調(diào)t2的值，最終選取最優(yōu)的t2的值，從而保證磁斑是大小相同且圓對(duì)稱(chēng)的。通過(guò)設(shè)定不同的t1值來(lái)獲取不同個(gè)數(shù)的鏈狀磁斑。設(shè)置不同的t1和t2值就是改變加載在兩個(gè)振幅型空間光調(diào)制器上的振幅信息圖。例如，我們?cè)O(shè)定t1＝0.7，ρ0＝1，t2暫且設(shè)定為0.71，則加載在透射式振幅型空間光調(diào)制器1以及加載在透射式振幅型空間光調(diào)制器2上的振幅信息的表達(dá)式都為：

其振幅分布如圖5所示。產(chǎn)生的磁斑如圖6所示，所產(chǎn)生磁鏈的橫向和縱向的磁化強(qiáng)度的分布曲線圖如圖7所示，圖中產(chǎn)生了19個(gè)大小形狀幾乎一致的球狀磁斑，通過(guò)不斷微調(diào)t2的值從而保證形狀大小向完全一致逼近。

綜上所述，本發(fā)明依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在產(chǎn)生角向偏振矢量光束的基礎(chǔ)上，通過(guò)讓角向偏振矢量光束經(jīng)過(guò)振幅調(diào)制器和螺旋相位板，使其加載上振幅信息和相位信息，最后該光束通過(guò)高數(shù)值孔徑透鏡緊聚焦，能夠在焦點(diǎn)附近得到多個(gè)球形磁斑，每個(gè)磁斑的形狀、大小和強(qiáng)度完全相同，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)原子的捕獲功能。本發(fā)明方法容易實(shí)現(xiàn)，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)整，制造成本低；裝置穩(wěn)定性好，不需要其他特殊的光學(xué)元件。