[发明专利]一种三维阵列空心光斑的产生方法及装置

权利要求书

1.一种三维阵列空心光斑的产生方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将激光器出射的激光转换为线偏振的平面波；

步骤2：对所述线偏振的平面波进行波前相位调制，所述波前相位调制为将所述线偏振的平面波调整为具有三维空间位置可控的阵列光斑相位分布的光波；

步骤3：将所述波前相位调制后的光波经过带有螺旋相位的圆偏振或不带有螺旋相位的角向偏振进行调制，形成带有螺旋相位的圆偏振光波或不带有螺旋相位的角向偏振光波；

步骤4：将带有螺旋相位的圆偏振光波或不带有螺旋相位的角向偏振光波经物镜聚焦后产生阵列光斑，所述阵列光斑为在三维空间排列的多个空心的光斑，且每个光斑位置可以在三维空间内精确移动。

2.根据权利要求1所述一种三维阵列空心光斑的产生方法，其特征在于，步骤2中对所述线偏振的平面波进行波前相位调制的具体步骤如下：

首先，将物镜的后焦面对应的入射光瞳区域，均分为N个宽度相等的同心圆环：A₁、A₂……A_N-1、A_N，其中最中心的为半径与其它圆环的宽度相等的圆；

然后，将所述的每个圆环进一步细分为M个宽度相等的同心子圆环：S₁、S₂……S_M-1、S_M；

最后，将M个相位分布：依次对应填入M个子圆环中。

3.根据权利要求2所述一种三维阵列空心光斑的产生方法，其特征在于，M个相位分布由公式(1)确定；

其中，m：表示第m个聚焦光斑；

λ：表示从激光器出射的激光波长；

NA：表示物镜的数值孔径；

R：表示物镜的入射光瞳的半径；

n_t：表示油浸物质的折射率；

(Δx_m,Δy_m,Δz_m)：表示第m个聚焦光斑的空间位置。

4.根据权利要求2所述一种三维阵列空心光斑的产生方法，其特征在于，所述阵列光斑的数目与子圆环的数目M相等。

5.根据权利要求1-4任一项所述一种三维阵列空心光斑的产生方法，其特征在于，当螺旋相位拓扑荷等于1时，所述带有螺旋相位的圆偏振为左旋的；当螺旋相位拓扑荷等于-1时，所述带有螺旋相位的圆偏振为右旋的。

6.一种用于实现权利要求1-5任一项所述三维阵列空心光斑的产生装置，其特征在于，包括激光器(1)、针孔滤波器(2)、准直透镜(3)、半波片(4)、加载有三维阵列相位图的空间光调制器(5)、带有螺旋相位板的圆偏振转换器或角向偏振转换器的光波转换器(6)、光束直径改变器(7)和物镜(8)；

所述激光器(1)发出线偏振的激光光束，所述针孔滤波器(2)位于所述激光光束的光轴上，所述激光光束经针孔滤波器(2)滤波处理后转换为干净的扩散光束，所述扩散光束经准直透镜(3)后，准直扩束为平面波；

所述平面波透过与所述准直透镜处于同一轴线上的半波片(4)后，经所述空间光调制器(5)调制后反射到所述光波转换器(6)上，透过光波转换器(6)后，光波为加载螺旋相位的圆偏振光波或未加载螺旋相位的角向偏振的光波；

所述加载螺旋相位的圆偏振光波或未加载螺旋相位的角向偏振光波经所述光束直径改变器(7)扩束或缩束后，透过物镜(8)聚焦产生三维位置可调的阵列空心光斑。

7.根据权利要求6所述一种三维阵列空心光斑的产生装置，其特征在于：所述三维阵列相位图具有以下结构：

相位图由N个宽度相等的同心圆环：A₁、A₂……A_N-1、A_N组成，其中最中心的为半径与其它圆环的宽度相等的圆；

每个宽度相等的同心圆环由M个宽度相等的同心子圆环：S₁、S₂、……S_M-1、S_M组成；

每个子圆环中填有对应的相位分布。