專利名稱：一種復(fù)合光學(xué)渦旋的產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種復(fù)合光學(xué)渦旋的產(chǎn)生裝置，是一種用角度復(fù)用體全息存儲方 式實現(xiàn)多渦旋同軸疊加，通過光學(xué)渦旋與光學(xué)渦旋的疊加產(chǎn)生新的復(fù)雜渦旋。
背景技術(shù)：
光學(xué)渦旋在近幾十年中由于其獨特的相位結(jié)構(gòu)和拓撲特性在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研 究等領(lǐng)域均受到了廣泛的關(guān)注。在光學(xué)領(lǐng)域，如果光波場的中心存在相位奇點，且相位圍 繞該奇點呈螺旋連續(xù)變化，光波波前會繞在傳播方向上的一條線以螺旋方式旋轉(zhuǎn)，形成螺 旋形的波前，這非常類似于流體中的渦旋現(xiàn)象，因此這類光波被稱為“光學(xué)渦旋”(Optical Vortices)0光學(xué)渦旋是一種獨特的光場，其螺旋型波前和獨特的相位結(jié)構(gòu)及新穎的拓撲特性 使之可以產(chǎn)生較大的軌道角動量，目前已經(jīng)成功地將其轉(zhuǎn)移給微粒實現(xiàn)對微粒的操控。一 般用于微粒操控的光學(xué)渦旋多為波前中含有一個相位奇點的單個渦旋，而含有多個相位奇 點的多渦旋結(jié)構(gòu)可進行多種獨立的光學(xué)束縛。由于復(fù)合渦旋可產(chǎn)生新穎的拓撲結(jié)構(gòu)和強度 分布，可滿足多渦旋結(jié)構(gòu)的要求，因此引起了廣泛關(guān)注。早在2003年I. D. Maleev和G. A. Swartzlander等人就分析了兩個平行不共線的 渦旋疊加，描述了光學(xué)相位奇點隨兩渦旋的相對相位或幅值的變化情況，并得到渦旋產(chǎn)生 和湮滅的臨界條件。近幾年對光學(xué)渦旋的共線疊加研究逐漸增多，其中E. J. Galvez領(lǐng)導(dǎo)的 研究小組在2006-2009年間致力于此方面的研究，得出了兩渦旋疊加后產(chǎn)生的復(fù)合渦旋的 分布規(guī)律。多個渦旋的疊加產(chǎn)生新的渦旋分布，目前多從理論上研究多個渦旋在不同條件 下疊加產(chǎn)生復(fù)合渦旋的分布或其分布規(guī)律，而通過實驗得到復(fù)合渦旋的介紹卻很少，比如 E. J. Galvez領(lǐng)導(dǎo)的研究小組已在實驗上利用兩嵌套式的馬赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉 光路實現(xiàn)了兩個渦旋(拓撲荷值為整數(shù)或小數(shù))的同軸疊加。此方法便于分別控制干涉臂 上兩光學(xué)渦旋的相對強度和相位，但調(diào)節(jié)兩光學(xué)渦旋的平行和同軸較難，且對于多個(> 2)渦旋的同軸干涉疊加實現(xiàn)起來難度更大。
發(fā)明內(nèi)容要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實用新型提出一種復(fù)合光學(xué)渦旋的產(chǎn)生裝置， 通過角度復(fù)用體全息存儲方式實現(xiàn)多渦旋同軸疊加，通過光學(xué)渦旋與光學(xué)渦旋的疊加產(chǎn)生 新的復(fù)雜渦旋的花樣。技術(shù)方案一種實現(xiàn)復(fù)合光學(xué)渦旋的產(chǎn)生裝置，其特征在于包括激光光源1、光束擴大器2、 第一反射鏡3、第二反射鏡4、主快門8、渦旋調(diào)制器、體全息存儲介質(zhì)13、圖像采集器件14、 η個參考光路反射鏡5、η個分束鏡6、η個參考光路快門7、控制器15和計算機16 ；激光光源1發(fā)出的激光經(jīng)過光束擴大器2、第一反射鏡3和第二反射鏡4，在主快門8的控制下，通 過渦旋調(diào)制器形成渦旋光；第一反射鏡3與第二反射鏡4的光路之間設(shè)有η個分束鏡6，形 成η個參考光，η個參考光經(jīng)過η個參考光路快門7后，通過η個參考光路反射鏡5與渦旋 光在反射式體全息存儲介質(zhì)13中形成η幅體全息圖；在反射式體全息存儲介質(zhì)13之后且 與渦旋光同軸設(shè)有圖像采集器件14 ；主快門8和η個參考光路快門7與控制器15和計算 機16實現(xiàn)電信號聯(lián)接。所述的反射式體全息存儲介質(zhì)由鄰面入射式體全息存儲介質(zhì)替代。所述的渦旋調(diào)制器采用渦旋平面全息產(chǎn)生器、螺旋相位板渦旋產(chǎn)生器、模式轉(zhuǎn)換 渦旋產(chǎn)生器、中空波導(dǎo)渦旋產(chǎn)生器或旋轉(zhuǎn)鏡面光學(xué)參數(shù)振蕩器。有益效果本實用新型提出的復(fù)合光學(xué)渦旋的產(chǎn)生裝置，通過角度復(fù)用方式在體全息存儲介 質(zhì)內(nèi)寫入多重體全息，記錄過程中，渦旋光束方向始終不變，保證了不同渦旋光束的同軸 性，且體全息光柵的布拉格衍射可使之具有很高的衍射效率。而復(fù)合光學(xué)渦旋的產(chǎn)生只需 通過計算機控制系統(tǒng)選用相應(yīng)參考光再現(xiàn)出相應(yīng)的渦旋光束以實現(xiàn)不同光學(xué)渦旋的疊加。 整個產(chǎn)生過程簡單，易滿足不同光學(xué)渦旋的同軸性和高衍射效率，且由于此方法可通過改 變參考光的入射角度增加光學(xué)渦旋的存儲容量，因此本實用新型復(fù)合渦旋的產(chǎn)生方法簡單 易調(diào)節(jié)，且得到復(fù)合渦旋的種類多樣。

圖1 本實用新型產(chǎn)生復(fù)合光學(xué)渦旋的結(jié)構(gòu)形式圖中，1-激光光源，2-光束擴大器，3-第一反射鏡，4-第二反射鏡，5-η個參考 光路反射鏡，6-5個分束鏡，7-5個參考光路快門，8-主快門，18-螺旋相位板渦旋產(chǎn)生器， 13-2-鄰面入射式體全息存儲介質(zhì)，14-圖像采集器件，15-控制器，16-計算機。圖2 本實用新型產(chǎn)生復(fù)合光學(xué)渦旋的第二種結(jié)構(gòu)形式圖中，1-激光光源，2-光束擴大器，3-第一反射鏡，4-第二反射鏡，5-η個參考光路 反射鏡，6-5個分束鏡，7-5個參考光路快門，8-主快門，19-模式轉(zhuǎn)換渦旋產(chǎn)生器，13-3-反 射式體全息存儲介質(zhì)，14-圖像采集器件，15-控制器，16-計算機。
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本實用新型作進一步描述實施例1 請參閱圖1，其是本實用新型第一實施方式的光路結(jié)構(gòu)，包括激光光源1，依次設(shè) 置在該激光光源1出射光路上的光束擴大器2、第一反射鏡3、分束鏡6-1，由設(shè)置在該分束 鏡6-1反射光路上的第一個參考光路快門7-1和參考光路反射鏡5-1 ；在分束鏡6-1透射光 路上的分束鏡6-2和反射光路上的第二個參考光路快門7-2和參考光路反射鏡5-2 ；……； 在分束鏡6-η的反射光路上的第η個參考光路快門7-η和參考光路反射鏡5_η，在分束鏡 6-η的透射光路上的第二反射鏡4、主快門8、螺旋相位板渦旋產(chǎn)生器18，該鄰面入射式體全 息存儲介質(zhì)13-2的一面與參考光路反射鏡5的反射光路同一朝向，所述η = 5。產(chǎn)生復(fù)合光學(xué)渦旋的結(jié)構(gòu)還包括用于控制參考光和渦旋光光路上的快門的控制
4器15及計算機16。本實施方式的存儲方法為記錄時，激光光源1發(fā)出的激光經(jīng)光束擴大器2后提 供系統(tǒng)所需的平行光。平行光垂直入射到分束鏡6-1，入射光被分為兩路其反射光，經(jīng)第 一個參考光路快門7-1和參考光路反射鏡5-1，構(gòu)成記錄所需的第一參考光R1 ；其透射光， 垂直入射到分束鏡6-2，被分為兩路其反射光，經(jīng)第二個參考光路快門7-2和參考光路反 射鏡5-2，構(gòu)成記錄所需的第二參考光R2 ；……；其透射光，垂直入射到分束鏡6-5，被分為 兩路其反射光，經(jīng)第5個參考光路快門7-5和參考光路反射鏡5-5，構(gòu)成記錄所需的第五 參考光R5 ；其透射光，經(jīng)第二反射鏡4、主快門8后由螺旋相位板渦旋產(chǎn)生器18調(diào)制，構(gòu)成 記錄所需的渦旋光。各參考光和渦旋光以不同夾角分別入射到鄰面入射式體全息存儲介質(zhì) 13-2的兩相鄰面并在其中干涉形成多重光柵，記錄多個數(shù)據(jù)頁。讀取過程則將渦旋光光路 阻斷，用于記錄時一致的參考光在相應(yīng)的位置讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)頁信息。實施例2 請參閱圖2，其是本實用新型提出的復(fù)合光學(xué)渦旋的產(chǎn)生方法的第二實施方式的 光路結(jié)構(gòu)，包括激光光源1，依次設(shè)置在該激光光源1出射光路上的光束擴大器2、第一反 射鏡3、分束鏡6-1，由設(shè)置在該分束鏡6-1反射光路上的第一個參考光路快門7-1和參考 光路反射鏡5-1 ；在分束鏡6-1透射光路上的分束鏡6-2和反射光路上的第二個參考光路 快門7-2和參考光路反射鏡5-2 ；……；在分束鏡6-n反射光路上的第η個參考光路快門 7-η和參考光路反射鏡5-η，在分束鏡6_η透射光路上的第二反射鏡4、主快門8、模式轉(zhuǎn)換 渦旋產(chǎn)生器19，參考光路反射鏡5的朝向設(shè)置成使參考光與渦旋光在反射式體全息存儲介 質(zhì)13-3的相對面入射，并在指定位置交叉干涉，所述η = 5。產(chǎn)生復(fù)合光學(xué)渦旋的結(jié)構(gòu)還包括用于控制參考光和渦旋光光路上的快門的控制 器15及計算機16。本實施裝置的存儲為記錄時，激光光源1發(fā)出的激光經(jīng)光束擴大器2后提供系 統(tǒng)所需的平行光。平行光垂直入射到分束鏡6-1，入射光被分為兩路其反射光，經(jīng)第一個 參考光路快門7-1和參考光路反射鏡5-1，構(gòu)成記錄所需的第一參考光R1 ；其透射光，垂直 入射到分束鏡6-2，被分為兩路其反射光，經(jīng)第二個參考光路快門7-2和參考光路反射鏡 5-2，構(gòu)成記錄所需的第二參考光R2 ；……；其透射光，垂直入射到分束鏡6-5，被分為兩路 其反射光，經(jīng)第5個參考光路快門7-5和參考光路反射鏡5-5，構(gòu)成記錄所需的第五參考光 R5 ；其透射光，經(jīng)第二反射鏡4、主快門8后由模式轉(zhuǎn)換渦旋產(chǎn)生器19調(diào)制，構(gòu)成記錄所需的 渦旋光。各參考光和渦旋光以不同夾角分別入射到反射式體全息存儲介質(zhì)13-3的相對面， 并在其中干涉形成多重光柵，記錄多個數(shù)據(jù)頁。讀取過程則將渦旋光光路阻斷，用于記錄時 一致的參考光在相應(yīng)的位置讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)頁信息。
權(quán)利要求一種復(fù)合光學(xué)渦旋的產(chǎn)生裝置，其特征在于包括激光光源(1)、光束擴大器(2)、第一反射鏡(3)、第二反射鏡(4)、主快門(8)、渦旋調(diào)制器、體全息存儲介質(zhì)(13)、圖像采集器件(14)、n個參考光路反射鏡(5)、n個分束鏡(6)、n個參考光路快門(7)、控制器(15)和計算機(16)；激光光源(1)發(fā)出的激光經(jīng)過光束擴大器(2)、第一反射鏡(3)和第二反射鏡(4)，在主快門(8)的控制下，通過渦旋調(diào)制器形成渦旋光；第一反射鏡(3)與第二反射鏡(4)的光路之間設(shè)有n個分束鏡(6)，形成n個參考光，n個參考光經(jīng)過n個參考光路快門(7)后，通過n個參考光路反射鏡(5)與渦旋光在反射式體全息存儲介質(zhì)(13)中形成n幅體全息圖；在反射式體全息存儲介質(zhì)(13)之后且與渦旋光同軸設(shè)有圖像采集器件(14)；主快門(8)和n個參考光路快門(7)與控制器(15)和計算機(16)實現(xiàn)電信號聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合光學(xué)渦旋的產(chǎn)生裝置，其特征在于所述的反射式體全 息存儲介質(zhì)由鄰面入射式體全息存儲介質(zhì)替代。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合光學(xué)渦旋的產(chǎn)生裝置，其特征在于所述的渦旋調(diào)制器 采用渦旋平面全息產(chǎn)生器、螺旋相位板渦旋產(chǎn)生器、模式轉(zhuǎn)換渦旋產(chǎn)生器、中空波導(dǎo)渦旋產(chǎn) 生器或旋轉(zhuǎn)鏡面光學(xué)參數(shù)振蕩器。
專利摘要本實用新型涉及一種復(fù)合光學(xué)渦旋的產(chǎn)生裝置，其特征在于激光光源發(fā)出的激光經(jīng)過光束擴大器、第一反射鏡和第二反射鏡，在主快門的控制下，通過渦旋調(diào)制器形成渦旋光；第一反射鏡與第二反射鏡的光路之間設(shè)有n個分束鏡，形成n個參考光，n個參考光經(jīng)過n個參考光路快門后，通過n個參考光路反射鏡與渦旋光在反射式體全息存儲介質(zhì)中形成n幅體全息圖；在反射式體全息存儲介質(zhì)之后且與渦旋光同軸設(shè)有圖像采集器件；主快門和n個參考光路快門與控制器和計算機實現(xiàn)電信號聯(lián)接。本實用新型復(fù)合渦旋的產(chǎn)生方法簡單易調(diào)節(jié)，且得到復(fù)合渦旋的種類多樣。
文檔編號G03H1/12GK201673690SQ20102014058
公開日2010年12月15日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者李海蓮, 楊德興, 趙建林 申請人:西北工業(yè)大學(xué)