[发明专利]一种六角阵列螺旋相位板及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及相位板技术领域，特别涉及一种六角阵列螺旋相位板及制作方法。

背景技术

光学涡旋因其具有独特的光学性质，受到大家的广泛关注。光学涡旋是激光本征模式拉盖尔高斯光束的特征相位，其相位分布可以表示为e^jlθ，其中l为拓扑荷，θ为平面极坐标中的角向坐标。具有这种涡旋相位的光束，在光学涡旋中心位置存在一个相位奇点，从而产生一个中心暗斑光场分布。目前，光学涡旋已经广泛应用于光通信、光学成像、光学微操控，以及量子光学等领域。阵列光学涡旋具有多个光学涡旋，可以同时捕获和操控多个粒子或细胞，可大大提高工作效率。因此，如何快速准确的产生阵列光学涡旋，在实际应用中具有重要的意义。

目前，有多种方法可以产生阵列光学涡旋，但是，这些方法都存在有一定的局限性。例如，多光束干涉法需要马赫泽德干涉仪或者迈克尔逊干涉仪来实现。光楔阵列法需要加工复杂的光楔结构和空间光调制器。螺旋相衬空间滤波法需要多个透镜组成的4f滤波系统和一个拓扑核l＝1的螺旋相位板。因此，上述方法都要用到复杂的光路和价格昂贵的光学元件，并且需要精密的调节，产生的阵列涡旋结构不稳定。除此之外，利用干涉法和光楔阵列法产生涡旋阵列的结构受限于正交阵列，且阵列的结构参数不可调。螺旋相衬空间滤波法虽然可以实现任意图形的阵列涡旋结构，但是此方法光路结构复杂，而且受限于光路中所用的螺旋相位板，很难实现其它拓扑荷的阵列涡旋结构。利用分数泰伯效应可以产生六角阵列涡旋，但是此方法只是简单地将分数泰伯相位与螺旋相位叠加，没有给出单个基元里螺旋相位的定量变化，而且此方法需要空间光调制器来调制相位，限制了其在实际应用中的范围。因此，上述方案，很难实现在不利用其它任何光学元件的基础上，只利用一个简单的相位板就可产生阵列光学涡旋。

最近，现有技术中的一种产生完美涡旋阵列的二维编码相位光栅，但是此方法只能产生正交阵列的光学涡旋，而且其相位分布是通过优化迭代数值算法产生的，相位分布具有随机性，很难加工成相位板。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能使相干平面光波在衍射距离处产生六角点阵结构排列的光学涡旋，改变相位板中每个基元内的螺旋相位的初始旋转方位角，可实现不同周期的六角阵列涡旋的六角阵列螺旋相位板及制作方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种六角阵列螺旋相位板的制作方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：设定参数，参数包括正六边形基元的边长d，光斑压缩比值γ，入射激光波长λ，螺旋相位的拓扑荷l，在水平方向上的基元数目值M和与水平方向成60度方向上的基元数目值N；

步骤S2：根据参数值计算得到M×N个正六边形基元在对应排列位置参数(m,n)处的旋转角度值θ₀(m,n)；

步骤S3：在每个对应排列位置(m,n)处的正六边形基元中，填入对应的以θ₀(m,n)为起始旋转方位角的螺旋相位；

步骤S4：将所有M×N个具有不同起始旋转方位角的螺旋相位结构的正六边形基元按排列位置参数(m,n)紧密排列在一起，产生六角阵列螺旋相位板的相位分布数据；

步骤S5：根据相位分布数据，制备六角阵列螺旋相位板。

进一步，所述步骤S2中计算在排列位置参数(m,n)处角度值θ₀(m,n)的具体实现：