[发明专利]一种控制啁啾艾里涡旋光束聚焦位置的方法

说明书

本发明公开了一种控制啁啾艾里涡旋光束聚焦位置的方法，包括：用激光器发射光束，将艾里光束的立方相位与涡旋光束的螺旋相位叠加得到一个调制相位，加载到空间光调制器上，再通过透镜产生艾里涡旋光束；使用啁啾发生器对艾里涡旋光束进行调制，即在强度调制器中，用射频信号对该光束进行强度调制驱动，得到加载了射频信息的强度脉冲信号；将光束打入二次方折射率介质中传播，通过调整强度调制器中的直流偏置工作点的位置进行相位调节，来控制加载的啁啾，改变啁啾艾里涡旋光束在二次方折射率介质中传播的聚焦位置，应用于光学微操纵和医学治疗等领域，能够提高涡旋光束捕获微粒的准确度和稳定性，有效避开障碍物和推动微粒沿二次曲线轨迹运动。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体涉及一种控制啁啾艾里涡旋光束聚焦位置的方法。

背景技术

艾里光束具有无衍射、自愈性及其特有的自加速性质，近年来引起众多科学工作者对其的研究热情。无衍射特性指的是光束在一定传播距离内不发生衍射。自愈性指的是光束在传播时即使遇到阻挡，遮挡了部分光强，传播一段距离后也能恢复为原来的光场分布形状。自加速特性指的是光束主瓣在传播截面上的横向偏移加速度。因艾里光束拥有的独特性质，目前已经被应用在非线性光子弹，微纳米加工，医学治疗等众多领域。

涡旋光束具有特殊的螺旋形波前结构和携带确定的轨道角动量，能够有效地捕获粒子和使被捕获的粒子发生旋转，对光学微操纵、量子通信，生物医学等领域有着十分重大的应用价值。

2009年，科学工作者通过在艾里光束立方相位的基础上引入螺旋相位，成功获得艾里涡旋光束，并对其特性进行了研究。之后吸引了许多学者继续对艾里涡旋光束进行深入研究，并且取得了很多成果。光学涡旋不会影响艾里光束的传输轨迹,不同拓扑荷数的艾里涡旋光束的传播特性，艾里涡旋光束在单轴晶体中的传播性质等。

发明内容

有鉴于此，为了有利于涡旋光束在光学微操纵领域的应用和发展，本发明提出一种控制啁啾艾里涡旋光束聚焦位置的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提出一种控制啁啾艾里涡旋光束聚焦位置的方法，包括如下步骤：

用激光器发射光束；

将艾里光束的立方相位与涡旋光束的螺旋相位叠加得到一个调制相位，加载到空间光调制器上，再通过透镜产生艾里涡旋光束；

使用啁啾发生器对艾里涡旋光束进行调制，即在强度调制器中，用射频信号对该光束进行强度调制驱动，得到加载了射频信息的强度脉冲信号；

将该光束打入二次方折射率介质中传播，通过调整强度调制器中的直流偏置工作点的位置进行相位调节，来控制加载的啁啾，控制啁啾艾里涡旋光束在二次方折射率介质中传播的聚焦位置，应用于微粒操纵时，能够提高涡旋光束捕获粒子的准确度和稳定性，同时由于艾里光束的自愈性和自加速特性，能够有效避开障碍物和推动微粒沿二次曲线轨迹运动。

进一步地，立方相位与螺旋相位的叠加得到的新的调制相位具体为：

其中f₁和f₂分别是立方相位和螺旋相位，k_x和k_y分别是x和y方向的波矢，i是虚数单位，arg(·)为复数的辐角，m为拓扑荷数，k_x1和k_y1表示立方相位中心与螺旋相位中心间的位错。

进一步地，改变立方相位与螺旋相位之间的位错，控制光学涡旋加载在艾里光束的不同位置。

进一步地，光束在二次方折射率介质中周期性传播，光束的聚焦位置通过改变啁啾进行控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：