[发明专利]一种基于矢量光场调控的纳米级光钳成像装置及方法

权利要求书

1.一种基于矢量光场调控的纳米级光钳成像装置，其特征在于，包括激光光源(1)、起偏器(2)、第一透镜(3)、第二透镜(4)、滤光片(5)、第三透镜(6)、第四透镜(7)、分束器(8)、反射式纯相位空间光调制器(9)、第五透镜(10)、第六透镜(11)、反射镜(12)、m阶涡旋偏振器(13)、滤光片(14)、偏振器(15)和滤光片(16)、CCD相机(17)、图像采集系统(18)；

所述的激光光源(1)的一侧依次设有起偏器(2)、第一透镜(3)、第二透镜(4)、滤光片(5)、第三透镜(6)、第四透镜(7)、分束器(8)；所述的分束器(8)的一侧出口设有反射式纯相位空间光调制器(9)，所述的分束器(8)的另一侧出口依次设有第五透镜(10)、第六透镜(11)、反射镜(12)、m阶涡旋偏振器(13)、滤光片(14)、偏振器(15)、滤光片(16)和CCD相机(17)；所述的CCD相机(17)与图像采集系统(18)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于矢量光场调控的纳米级光钳成像装置，其特征在于，所述第五透镜(10)和第六透镜(11)为焦距相同的聚焦透镜，共同构成了一个4f系统。

3.根据权利要求1所述的一种基于矢量光场调控的纳米级光钳成像装置，其特征在于，所述第三透镜(6)和第四透镜(7)的焦点区域之间设有小孔；所述的第五透镜(10)和第六透镜(11)的焦点区域之间设有小孔。

4.根据权利要求1所述的一种基于矢量光场调控的纳米级光钳成像装置，其特征在于，所述m阶涡旋偏振器(13)为30阶至120阶中任意阶数的定制涡旋波片。

5.一种基于矢量光场调控的纳米级光钳成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.提取偏振模式光束：将激光光源(1)通过偏振模式提取模块将所需要的偏振模式提取出来；

S2.光束的动态像素化相位调控：通过相位控制模块对S1中提取的光束的动态像素化相位进行调控；

S3.产生所需要的矢量涡旋光束：通过矢量涡旋光束创建模块，将S2中的光束转换成所需要的矢量涡旋光束；

S4.产生具有圆偏振模式的矢量涡旋光束：通过矢量光束紧聚焦模块将S3中的矢量涡旋光束转换成具有圆偏振模式的矢量涡旋光束；

S5.数据处理，得到光路图：将S4中的圆偏振模式的矢量涡旋光束聚焦到图像采集模块中，进行图像采集和处理。

6.根据权利要求5所述的一种基于矢量光场调控的纳米级光钳成像方法，其特征在于，所述的S3中的矢量涡旋光束创建模块中所述编码的涡旋矢量光束在圆偏振中的聚焦场分布可表示为：

其中和分别是径向、方位和传播方向的单位向量；E_ρ、和E_z是三个正交分量的幅值；

所述编码的电场矢量表达式为：

其中，当i前的符号为“+”时，则为右旋圆偏振，当i前的符号为“-”时，则为左旋圆偏振；i为虚数；φ为会聚角；θ为方位角。

7.根据权利要求5所述的一种基于矢量光场调控的纳米级光钳成像方法，其特征在于，所述的相位控制模块中产生纳米尺度矢量旋涡的相位函数为：

其中，m表示光学涡旋的电荷数，ξ表示相位补偿系数，φ为会聚角，ρ是极坐标系中的极半径，NA是光纤的数值孔径；i为虚数；θ为方位角。