[发明专利]一种实现光学焦场自旋方向三维可控的装置和方法有效
申请号: | 201811088047.2 | 申请日: | 2018-09-18 |
公开(公告)号: | CN109283673B | 公开(公告)日: | 2021-04-06 |
发明(设计)人: | 芮光浩;李影;王玉松;顾兵;崔一平 | 申请(专利权)人: | 东南大学 |
主分类号: | G02B21/00 | 分类号: | G02B21/00;G02B21/06 |
代理公司: | 南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204 | 代理人: | 李琼 |
地址: | 211189 江*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 实现 光学 自旋 方向 三维 可控 装置 方法 | ||
1.一种实现光学焦场自旋方向三维可控的方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1、确定所要生成的光学焦场的自旋方向,基于所述自旋方向计算出光场在入射光瞳面的共有位相、偏振椭球率、振幅和偏振取向角;基于所述自旋方向计算出光场在入射光瞳面的共有位相、偏振椭球率、振幅和偏振取向角包括如下步骤:
步骤11、将所述自旋方向拆解为振动方向在坐标轴面内的第一电偶极子和振动方向不在坐标轴面内的第二电偶极子,第一和第二电偶极子的振动方向与自旋方向两两垂直且满足右手定则;
步骤12、将第二电偶极子进一步拆解为第三和第四电偶极子,第三和第四电偶极子没有位相差、振动方向相互垂直且在坐标轴面内;
步骤13、利用电偶极子辐射场逆推方法通过第一、第三和第四电偶极子计算光场在入射光瞳面的共有位相、偏振椭球率、振幅和偏振取向角;
步骤2、将具有两种工作波长的空间光调制器分成不重合的第一通道空间光调制器(5)和第二通道空间光调制器(10),根据步骤1计算出的共有位相、偏振椭球率、振幅和偏振取向角确定两个光调制通道的两种工作波长分别所要加载的位相信息;其中,第一通道空间光调制器(5)所要加载的与第一工作波长和第二工作波长对应的位相信息分别用于调控光场的共有位相和偏振椭球率;第二通道空间光调制器(10)所在区域所要加载的与第一工作波长和第二工作波长对应的位相信息分别用于调控光场的振幅和偏振取向角;
步骤3、叠加第一工作波长和第二工作波长分别形成的图案,生成包含特定灰度信息的图片,并加载至空间光调制器;
步骤4、使入射光分别经过第一通道空间光调制器(5)和第二通道空间光调制器(10)以进行调制;
步骤5、用物镜对经调制的入射光进行聚焦;其中,需要确保激光的光斑尺寸被放大至与高数值孔径物镜后端的入光孔径相同,且入射光场的中心与物镜的入光孔径中心重合。
2.根据权利要求1所述的实现光学焦场自旋方向三维可控的方法,其特征在于,在步骤11中:
假设所要生成焦场的自旋方向的方向余弦为(cosα,cosβ,cosγ),其中α、β和γ分别是自旋方向与x、y和z轴的夹角,则第一和第二电偶极子的相位差Δφ=π/2,强度比η=1,且第一电偶极子的振动方向在y-z平面内且与z轴负半轴的夹角为θA=tan-1(cosγ/cosβ),第二电偶极子的振动方向为自旋方向叉乘第一电偶极子的振动方向。
3.根据权利要求2所述的实现光学焦场自旋方向三维可控的方法,其特征在于,在步骤12中:
第三电偶极子沿x轴振动且强度为N1,第四电偶极子在y-z平面内振动且强度为N2,与z轴负半轴夹角为θB=π/2+θA;其中,
4.根据权利要求3所述的实现光学焦场自旋方向三维可控的方法,其特征在于,步骤13包括如下步骤:
步骤131:基于第一、第三和第四电偶极子确定入射光电场:
其中,E为入射光电场,A和B分别为电场在x、y方向上的分振幅,r和是极坐标系中的半径和方位角,ex和ey分别是沿入射场x和y方向的单位向量;θ为入射光在被物镜聚焦时的入射角,且θ是根据物镜的物理特性决定的;
步骤132:基于确定的入射光的电场确定入射光瞳面的共有位相、偏振椭球率、振幅和偏振取向角:入射光瞳面的共有位相为0,偏振椭球率为A/B,振幅为且偏振取向角为0。
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