[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

说明书

一种基于矢量光场调控的纳米级光钳成像装置及方法，属于光电子技术领域。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。有益效果：本文所述装置优势明显：体积小，灵敏度高，稳定性好，可靠性强，应用领域更广泛。

技术领域

本发明涉及一种基于矢量光场调控的纳米级光钳成像装置及方法，属于光电子技术领域。

背景技术

近年来，光场调控研究领域越来越广泛，各种光束的特性研究及应用层出不穷，尤其是贝塞尔光束凭借其独特且有趣的聚焦特性，使其广泛应用于光学粒子操纵、光子捕获、生物医学、显微成像等领域，而实现这一光场调控的光路装置被人们广泛关注。随着应用领域的多样化以及待成像目标自身光场强度微弱等原因，实际应用中对于光路设备的定位精度和灵敏度有很高的要求。研究一种纳米级光钳成像的方法和装置，实现对其光斑尺寸和缺口大小的自由精确调制是对现有光学领域及其他相关学科的重要补充，其在众多应用领域都有着十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于矢量光场调控的纳米级光钳成像装置及方法，体积小，灵敏度高，稳定性好，可靠性强，应用领域更广泛。

为实现上述目的，本申请提出提供一种基于矢量光场调控的纳米级光钳成像装置，包括激光光源、起偏器、第一透镜、第二透镜、滤光片、第三透镜、第四透镜、分束器、反射式纯相位空间光调制器、第五透镜、第六透镜、反射镜、m阶涡旋偏振器、滤光片、偏振器和滤光片、CCD相机、图像采集系统；

所述的激光光源的一侧依次设有起偏器、第一透镜、第二透镜、滤光片、第三透镜、第四透镜、分束器；所述的分束器的一侧出口设有反射式纯相位空间光调制器，所述的分束器的另一侧出口依次设有第五透镜、第六透镜、反射镜、m阶涡旋偏振器、滤光片、偏振器、滤光片和CCD相机；所述的CCD相机与图像采集系统连接。

进一步的，所述第五透镜和第六透镜为焦距相同的聚焦透镜，共同构成了一个4f系统。

进一步的，所述第三透镜和第四透镜的焦点区域之间设有小孔；所述的第五透镜和第六透镜的焦点区域之间设有小孔。

进一步的，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。

本发明还请求保护一种基于矢量光场调控的纳米级光钳成像方法，包括如下步骤：

S1.提取偏振模式光束：将激光光源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。

进一步的，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：