[发明专利]一种多缺口椭圆完美涡旋光束掩模板的设计方法

说明书

本发明公开了一种多缺口椭圆完美涡旋光束掩模板的设计方法，包括以下步骤：步骤一、将两个椭圆坐标系下拓扑荷不同的整数阶的螺旋相位因子E_v1、E_v2相结合，得到E_v1+E_v2，对E_v1+E_v2求相位，得到angle(E_v1+E_v2)；步骤二、得到多缺口椭圆完美涡旋的螺旋相位因子E_v，E_v的表达式为：E_v＝exp[i·angle(E_v1+E_v2)]，其中，angle(.)表示对复数求相位的函数；将螺旋相位因子E_v与椭圆锥透镜复透过率函数t_a相结合，得到光电场表达式t_aE_v；步骤三、根据计算全息技术，使光电场表达式t_aE_v与平面波E_p干涉后，求模取平方，得到干涉光强图，该干涉光强图即为多缺口椭圆完美涡旋光束掩模板掩模板t。使用本发明所设计的掩模板能够产生任意缺口的椭圆完美涡旋光束。

技术领域

本发明涉及微粒光操纵和光学测试领域，具体的说是一种多缺口椭圆完美涡旋光束掩模板的设计方法。

背景技术

涡旋光束在光学诱捕、操纵微小粒子等方面有着广泛的应用。成为近年来信息光学领域一个非常重要的研究热点。但是普通的涡旋光束中心暗斑的大小随着拓扑荷值的增加而增大。然而，在光学涡旋相关的俘获和操纵微粒的应用场合中，往往希望同时得到大的拓扑荷与较小的中心暗斑。为了解决这个问题，2013年，Andrey S.Ostrovsky等人提出了完美涡旋(完美涡旋)的概念，该涡旋光束亮环半径不依赖于拓扑荷值【Opt.Lett.38,5342013】。但该方法伴随完美涡旋光束均会产生额外的杂散光环。2015年，Pravin Vaity等通过对贝塞尔-高斯光束做傅里叶变换，从而获得无额外光环的整数阶完美涡旋【Opt.Lett.40,597 2015】。

另一方面，分数阶涡旋光束因其具有缺口，使得分数阶涡旋光束可携带更多信息量、且能提供更精细化的微粒操作，成为涡旋光学领域众多研究者竞相研究的热点课题。为了实现分数阶涡旋光束的生成，2017年，Michael Mazilu等基于螺旋相位图片的设计，提出了一种多缺口完美涡旋【Optica 4,330 2017】。然而，他们的技术手段使得他们所生成的多缺口完美涡旋每次换参数时都需要对涡旋项的相位图进行图片处理，而非公式化实现，因此难以实现工业上的广泛应用。此外，由于椭圆形的光束不在是圆对称的分布，使得文献【Optica 4,330 2017】所提供的方法无法生成多缺口光束。因此，由于技术所限，多缺口椭圆形完美涡旋仍未有人报道，使得一些特殊形貌粒子的精细操纵难以实现。

综上所述，在涡旋光束研究领域中，尚缺少一种可用于微粒操纵多缺口椭圆完美涡旋光束掩模板设计，用以生成多缺口分数阶椭圆完美涡旋光束。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有技术中存在的问题提供一种多缺口椭圆完美涡旋光束掩模板的设计方法，使用本发明所设计的掩模板能够产生任意缺口的椭圆完美涡旋光束。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种多缺口椭圆完美涡旋光束掩模板的设计方法，包括以下步骤：

步骤一、将两个椭圆坐标系下拓扑荷不同的整数阶的螺旋相位因子E_v1、E_v2相结合，得到E_v1+E_v2，对E_v1+E_v2求相位，得到angle(E_v1+E_v2)；

步骤二、得到多缺口椭圆完美涡旋的螺旋相位因子E_v，E_v的表达式为：