[发明专利]一种无衍射二维光学晶格周期快速连续调节方法

说明书

本发明涉及一种无衍射二维光学晶格周期快速连续调节方法，在生成二维光学晶格的光路上沿光轴依次增设变焦镜头和透镜。所述的变焦镜头，其后焦平面的位置在调焦时保持不变，变焦镜头与透镜之间的距离为变焦镜头的后焦距与透镜前焦距之和；通过对变焦镜头焦距的调节，实现扩束系统放大倍数的连续改变，从而能够实现无衍射二维光学晶格周期的快速连续调节。

技术领域

本发明涉及一种无衍射二维光学晶格周期的快速连续调节方法，特别是针对于辅助基于空间光调制器的光场调控方法、多核光纤干涉法等产生无衍射二维光学晶格的常用系统。

背景技术

光学晶格是多束激光交汇干涉产生的周期性势阱图案。早在1989年，贝尔实验室朱棣文等利用两束激光相向传播产生干涉驻波场，首次在实验中实现了一维光学晶格。随后，Grynberg等按一定规则布局多束激光的干涉，成功获得二维光学晶格和三维光学晶格，并且在理论上对于光学晶格的产生条件进行了归纳。然而，波长量级的周期使得光学晶格晶胞之间不易分辨，而且其晶胞形状在各个方向的限制也并不均匀，严重影响了该技术的应用可行性。EricBetzig教授在2005年基于理论设计，创造性地提出了稀疏晶格(SparseLattices)和组合晶格(CompositeLattices)两种新型结构，完成了光学晶格整体的高质量放大，突破了周期在波长量级的限制。此后，光学晶格与无衍射光束的结合，进一步增强了光学晶格周期调节的灵活性，使得其在超分辨显微、光子晶格光刻、微纳操控、面形测量等领域获得了广阔的应用空间。

光学晶格技术的发展离不开其周期调控能力的提升。光学晶格的周期即光场图案中每个晶胞单元之间的间距，该参数对扩展光学晶格应用具有重要影响。目前，光学晶格与无衍射光束结合可产生无衍射二维光学晶格，该种光学晶格的周期调节具有一定灵活性，且具备周期连续调节的理论基础。但是在无衍射二维光学晶格的周期调节过程中，往往需要对光路结构进行调整来满足理论条件，即调整光学元件位置或者替换光学元件。例如，利用基于空间光调制器的光场调控方法可产生无衍射二维光学晶格，若采用常规方法调节无衍射二维光学晶格周期，需更改光路系统中掩膜板尺寸，即替换掩膜板，或者更改位于掩膜板后的透镜焦距，即替换透镜同时为了对焦还要调整透镜位置。这种方法效率低下，每次更改无衍射二维光学晶格周期都要更改光路结构，且光路元件参数的不可连续变化会导致二维光学晶格周期的连续调节难以实现。因此，针对于该种现状，实现无衍射二维光学晶格周期的快速连续调节，可进一步增强对二维光学晶格周期的控制能力，方便其开拓应用领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以实现无衍射二维光学晶格周期快速连续调节的方法。技术方案如下：

一种无衍射二维光学晶格周期快速连续调节方法，在生成二维光学晶格的光路上沿光轴依次增设变焦镜头和透镜，所述的变焦镜头，其后焦平面的位置在调焦时保持不变，变焦镜头与透镜之间的距离为变焦镜头的后焦距与透镜前焦距之和；通过对变焦镜头焦距的调节，实现扩束系统放大倍数的连续改变，从而能够实现无衍射二维光学晶格周期的快速连续调节。

变焦镜头的最大与最小焦距应根据周期调节需求而选定：如果需要对周期进行放大调节，则变焦镜头的最小焦距应小于透镜焦距；如果需要对周期进行缩小调节，则变焦镜头的最大焦距应大于透镜焦距。

本发明提出了一种含变焦镜头周期调节系统的光路设计方案，实现了无衍射二维光学晶格周期的快速连续调节，该方法具有以下有益效果：

(1)该方法对无衍维二维光学晶格周期的调节具有连续性，由于变焦镜头的焦距是可连续调节的，保障了该光路元件参数可以连续变化，方便实现无衍维二维光学晶格周期的连续调节效果。

(2)该方法更为高效，不需对已经搭建好的光路结构做出更改，也不需对光路元件的结构位置进行更改，只需对变焦镜头的焦距在原位进行调节，便可完成无衍射二维光学晶格周期的快速更改，简单易行，提高了调整效率。