[实用新型]一种产生径向或角向偏振自聚焦艾里光束的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种产生径向和角向偏振自聚焦艾里光束的装置，得到的光束可应用于微粒捕获、生物医学等领域，属应用光学技术领域。

背景技术

圆对称艾里光束以其特有的自聚焦的性质引起了人们的极大兴趣和广泛关注，也被称为自聚焦艾里光束。所谓自聚焦，是指光束不借助聚焦光学元件而由其自身传输性质导致光束在自由空间或介质中传输过程中发生聚焦。同时，艾里光束的自聚焦现象也非常特别，在聚焦前光束的光强较低，而在焦点处光强迅速增大，能量加速集中，焦点处的光强最大值可达到初始艾里光束光强最大值的几十甚至上百倍。自聚焦艾里光束的上述特性使其在生物医学治疗、光学显微操作等领域具有非常大的潜在应用价值。近年来，自聚焦艾里光束也被用于进行微粒捕获和操控。同一般的光镊装置相比，由于艾里光束的自聚焦特性，在相同数值孔径条件下的物镜聚焦之后，自聚焦艾里光束能够获得更小的光斑半径、更强的光强分布及更深的焦深。自聚焦的艾里光束在焦点处为实心光束，具体应用于微粒的光学囚禁时，在焦点处只能够捕获那些折射率大于周围介质的微粒，而不适合对折射率小于周围介质的微粒进行捕获。因此，将自聚焦艾里光束在焦点处的实心光束改造成为轴向光强为零的空心光束，可以极大地拓展自聚焦艾里光束在很多领域的应用。如对于微粒捕获而言，不仅可以突破自聚焦艾里光束所受上述折射率条件的限制，而且可以减弱光的散射作用，最大程度地减小对囚禁粒子的光学加热损伤，提高光学囚禁效率。

近年来，具有空间变化偏振分布的矢量光束因其具有的光学特性和巨大的潜在应用价值引起了学术界的广泛关注。矢量光束可以分为均匀偏振和非均匀偏振光束，柱矢量光束就是一类典型的具有空间非均匀偏振状态的柱矢量光束。柱矢量光束以其在高数值孔径聚焦下的特性以及在粒子捕获、光学数据存储、材料热处理、高分辨率成像、电子加速、电浆子聚焦、激光加工和自由空间光通信上的重要应用，得到了广泛而深入的研究。径向偏振和角向偏振光束是柱矢量光束中偏振形式比较特殊的两种。径向偏振光由于其偏振态关于光轴的对称性以及始终存在轴上光强为零等特点而备受关注，其在光束横截面上任意一点（中心点除外）上的局部偏振态为线偏振，但偏振方向沿着半径方向；角向偏振光束在其光束横截面上任意一点上的局部偏振态也是线偏振，但偏振方向与半径方向正交。目前，在实验中产生柱矢量偏振光束的方法有许多，根据产生方法是否涉及放大媒介，可以归为主动和被动两类。主动产生方法涉及使用激光腔内设备使激光在柱矢量偏振模内振荡，如使用腔内轴向双折射组件或利用锥形透镜和布儒斯特角反射器创建的轴向腔内二向色性组件等；被动产生方法如利用光纤或在自由空间中利用液晶空间光调制器或偏振转换器等。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，为粒子捕获、生物医学微纳手术等技术领域提供一种具有重要应用价值的径向和角向偏振自聚焦艾里光束的产生装置，该装置具有结构简单，易于调整，稳定性好的特点。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种产生径向或角向偏振自聚焦艾里光束的装置，激光器发出准直高斯光束，经偏振片对光束进行偏振态调整，得到沿一定方向偏振的线偏振高斯光束；所述的线偏振高斯光束通过分光镜后，将产生的透射光束垂直入射至加载了位相信息图的空间光调制器，在空间光调制器液晶显示屏上进行位相调制后以反射方式出射；再经分光镜，将产生的反射光束通过傅里叶变换凸透镜会聚后，经环形光阑，得到线偏振自聚焦艾里光束；所述的环形光阑设置在凸透镜的焦点处；在环形光阑后放置偏振转换器，将偏振转换器的偏振状态调整为径向或角向偏振，所述的线偏振自聚焦艾里光束通过偏振转换器后得到径向或角向偏振自聚焦艾里光束。

所述的激光器为功率可调的半导体泵浦固体激光器。

所述的分光镜的透射率和反射率均为50%。

所述的空间光调制器为反射式空间光调制器，由与其连接的计算机输入位相信息图。

所述的环形光阑的透光部分为光阑的环形区域，光阑中心圆形区域为遮光部分，光阑的内外孔径固定。

所述的偏振转换器为液晶电压调制式偏振转换器，通过计算机控制加载电压，调节光束偏振态，实现径向偏振或角向偏振。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、所产生的艾里光束不需借助聚焦光学元件即可进行自聚焦，焦点前光强较低，焦点处光强迅速增大，能量集中，可精确定位利用。

2、直接利用线偏振高斯光束产生径向和角向偏振自聚焦艾里光束，方法简单；装置结构简单，易于调整，稳定性好。

附图说明