[发明专利]一种半径可调的手性椭圆螺旋光束掩模板的设计方法

说明书

本发明公开了一种半径可调的手性椭圆螺旋光束掩模板的设计方法，结合两个椭圆轨迹上平移方向相反的角向平移因子t_v、两个径向平移因子t_a以及一个横向平移因子t_p，同时结合一个椭圆形光阑circ(r)，得到半径可调的手性椭圆螺旋光束掩模板的复透过率函数t的具体表达式：t＝circ(r)(t_at_v+conj(t_at_v)+t_p)，基于该复透过率函数所描述的掩模板即为所述的手性椭圆螺旋光束掩模板；对径向平移因子与角向平移因子取复共轭后可得到相反方向的径向平移因子与角向平移因子；使用这四个平移因子对入射的高斯光束进行混合调制，在掩模板远场即可得到半径可调的手性椭圆螺旋光束；本发明所设计的掩模板可以实现在该掩模板的远场产生半径可调的手性椭圆螺旋光束。

技术领域

本发明涉及手性微结构领域，具体的说是一种半径可调的手性椭圆螺旋光束掩模板的设计方法。

背景技术

近年来，随着人们对激光技术认识的不断深入，相继提出了多种振幅、相位、偏振等具有特殊空间结构的新型光场。这些新型光场表现出了一系列新颖的物理效应及现象，如光子轨道角动量、超衍射极限紧聚焦等。

这些新颖的物理效应及现象进一步拓展了激光技术的工程应用领域，如灵巧光操控、特殊微结构等，使之成为近年来光学领域的一大前沿研究热点。

在最近的研究中发现光学涡旋可以构造复杂的手性结构，例如，圆极化光学涡旋可以扭曲金属形成手性纳米结构【Phys.Rev.Lett.110,143603 2013】，实现了光场螺旋相位结构向纳米微结构的转化。然而，由于其原理是使用光学涡旋的旋转力使得融化的金属扭曲形成手性微结构，因此该方法对材料要求比较苛刻。

为了解决该问题，2017年，胡艳雷课题组通过径向平移因子调控光学涡旋与平面波叠加提出了一种环形手性光场结构，并使用这种光场结构构造手性微结构【Light-ScienceApplications 6,e17011 2017】。然而，该方法仅可生成环形的手性微结构，并且微结构的大小也难以通过光学手段调控，使得其应用深受限制。

综上所述，在微雕刻领域中，尚缺少一种可用于椭圆形状的手性结构的雕刻光束，用以应对微雕刻领域的不同结构需求。

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半径可调的手性椭圆螺旋光束掩模板的设计方法，可以实现在该掩模板的远场产生半径可调的手性椭圆螺旋光束。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种半径可调的手性椭圆螺旋光束掩模板的设计方法，结合两个椭圆轨迹上平移方向相反的角向平移因子t_v、两个径向平移因子t_a以及一个横向平移因子t_p，同时结合一个椭圆形光阑circ(r)，得到半径可调的手性椭圆螺旋光束掩模板的复透过率函数t的具体表达式：

t＝circ(r)(t_at_v+conj(t_at_v)+t_p)

基于该复透过率函数所描述的掩模板即为所述的手性椭圆螺旋光束掩模板，其中，所述的复透过率函数t建立在一个椭圆坐标系(r,θ)中，其与直角坐标系(x,y)的变换关系定义为Mx＝rcos(θ)，My＝rsin(θ)，M为一个常数；conj(.)表示对矩阵按位取复共轭函数；circ(r)描述了一个椭圆形光阑，其表达式为：

用来作为限制该掩模板的边界条件；

所述的径向平移因子t_a表达式为：

t_a(r)＝exp(-iar)