[发明专利]一种振幅型分形螺旋波带片

说明书

本发明公开了一种振幅型分形螺旋波带片，所述振幅型分形螺旋波带片是对螺旋波带片的幅角应用cantor集分形而得的一系列透光螺旋状环带，所述透光螺旋状环带的坐标满足或者本发明通过在螺旋波带片的基础上，结合分形的自相似性，对其幅角应用cantor集分形得到的。相当于从幅角方向挑选出一系列具有自相似性的透明半波带和不透明半波带。与具有相同数值孔径的普通螺旋波带片相比，可以得到一系列带状的涡旋结构。通过调节N和S可以控制分形的周期，得到不同的分形螺旋波带片。在极紫外光刻、微电力系统等研究领域具有广泛的应用前景，并扩展了在可见光、极紫外、X射线等多个波段三维捕获粒子的应用。

技术领域

本发明涉及衍射光学领域，具体涉及一种振幅型分形螺旋波带片。

背景技术

由于奇点光学的快速发展，光学涡旋已经广泛应用于粒子操作，例如光学镊子和光学扳手。光学涡旋的相位奇异性允许被捕获的粒子相对于被强聚焦光束捕获的粒子有较小的损伤几率并且有更好的隔离效果。此外，由具有多个阱的聚焦光束组成的光阱已经广泛地应用于在三维空间中捕获各种类型的粒子。近年来，由于其独特的性质，X射线涡旋在粒子的选择性控制中引起越来越多的关注。例如，使用涡旋光束作为光学扳手时是通过粒子对光子的吸收将角动量传递给粒子实现旋转等操控的，由于材料对X射线的吸收在吸收边附近最强，利用附加的自由度，可以实现对粒子的选择性操控。例如，在8kev下，一个铜组件可以旋转，而在同一个旋转轨道中的钨组分保持静止。

螺旋波带片也可用于产生光学涡旋。螺旋波带片结合了径向希尔伯特变换和菲涅尔波带片的聚焦性质，可以产生单个涡旋焦点。此外，螺旋波带片的二进制结构使其易于制作，并能够广泛应用于X射线、太赫兹、可见光等波段。然而，由于其焦深的限制，螺旋波带片尚未广泛应用于粒子操纵，嵌入的涡旋超过焦深后不能保持聚焦，螺旋波带片产生的涡旋光束在聚焦面后很快发散。S.H.Tao提出了一种由螺旋相位调制的相位型分形波带片，可产生一系列用于多平面光学捕获的光学涡旋。可以使用望远镜压缩具有多个涡旋的光束以实现3D光学捕获，但这仅可用于可见光区域。

发明内容

本发明的目的是提供一种振幅型分形螺旋波带片，在光轴上产生一系列带状的空心结构，有效地拉长轴向焦深。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种振幅型分形螺旋波带片，所述振幅型分形螺旋波带片是对螺旋波带片的幅角应用cantor集分形而得的一系列透光螺旋状环带，所述透光螺旋状环带的坐标满足或者

式中：p为拓扑荷，p＝1，2，3，……；r为环带的极径，λ为入射光波的波长；f为螺旋波带片的焦距；为极角；q的取值为其中，M为螺旋波带片的总周期数，表示cantor集第S阶的第i个部分的起始位置，S为分形的阶次，i取i＝1，2，……，2^S。

所述振幅型分形螺旋波带片的透光螺旋状环带的尺寸在亚微米量级或微米量级。

所述振幅型分形螺旋波带片适用于微波、红外光、可见光、紫外光、X射线的各个电磁波段。

所述振幅型分形螺旋波带片适用对可见光透明基底，或对可见光不透明基底。

在所述振幅型分形螺旋波带片的透光螺旋状环带之间添加用于自支撑的加强筋。

只选取所述螺旋波带片中幅角满足cantor集分形中奇数段部分。

所述振幅型分形螺旋波带片的挡光半波带是透光螺旋状环带表面上的由额外厚度引起位相差的半波带。

本发明中，所述的cantor集的产生过程为：零级(S＝0)是归一化长度为1的条状结构，按照cantor集的分布，在第一级(S＝1)时，条状结构总共被分割成奇数段(2N-1)，删除偶数段位置，奇数段位置保留而形成一个分布；然后在第一级剩下的N段中继续按照这种分割与删除，以此类推形成了cantor集合。