[实用新型]一种产生和调控自聚焦艾里光束捕获微粒的系统

说明书

本实用新型实施例提供一种产生和调控自聚焦艾里光束捕获微粒的系统，固体激光器发射高斯光束经过半波片调整偏振方向和扩束系统的准直扩束处理；数值模拟平面波和频谱调制产生的自聚焦艾里光束的初始光场干涉获得相位全息图加载到反射式空间光调制器中；然后光束经过4f滤波系统，通过移动屋脊棱镜，可以在光束质量分析仪观察自聚焦艾里光束在自由空间不同传输距离的横截面光强，在微粒捕获系统观察光束聚焦平面对微粒的捕获情况；通过调整自聚焦艾里光束的衰减因子，任意横向尺度可以改变光束的聚焦强度，聚焦位置和焦深，提高微粒捕获的稳定性和微粒操纵的灵活性。

技术领域

本实用新型实施例涉及光学技术领域，尤其涉及一种产生和调控自聚焦艾里光束捕获微粒的系统。

背景技术

艾里光束由于具有无衍射，自愈合，横向自加速等奇异特性受到了广泛的关注研究，在光子弹，生物医学成像，材料加工等领域具有良好的应用前景。在2007年，Siviloglou等人引入含有截断因子的艾里波包并且首次在实验上实现有限能量的艾里光束。

此后，为了拓宽艾里光束的应用领域，科研工作者研究了艾里光束在湍流介质和非线性介质的传播，并且实现了其他类型的艾里波如艾里表面等离子体激元和艾里电子束。

另一方面，光在传播过程聚焦可以有效提高激光束的功率密度，从而实现对微粒的稳定捕获，但是如果用透镜聚焦光束,会导致较大的发散角，并且高功率密度位置纵深较短。因此利用艾里光束构建具有自聚焦和自加速特性的光场结构成为了热门的研究对象。2010年N.K.Efremidis等人将艾里函数拓展到柱坐标系产生具有激增自聚焦特性的圆艾里光束；2014年P.Vaveliuk等人通过对传统艾里光束的立方相位谱进行调制产生了具有矩形对称分布的自聚焦对称艾里光束；另外，通过将多个艾里光束进行错位叠加也能形成自会聚光束。然而，现有研究的自聚焦艾里光束的焦深太短，调控光束聚焦位置的灵活性较低，使得利用艾里光束对微粒操纵的自由性较低。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种产生和调控自聚焦艾里光束捕获微粒的系统，通过频谱调制改变传统艾里光束初始光场的能量分布，从而使传统的自加速艾里光束可以实现自聚焦，并且焦深，聚焦位置和聚焦强度可调控，从而提高微粒捕获的稳定性和操纵的灵活性。

本实用新型实施例提供一种产生和调控自聚焦艾里光束捕获微粒的系统，包括固体激光器、半波片、空间光调制器、4f滤波系统、延迟系统、非偏振分束立方镜、光束质量分析仪和微粒捕获系统：

所述固体激光器，用于发射线偏振高斯光束；

所述半波片，用于接收所述线偏振高斯光束，并调整所述线偏振高斯光束的偏振方向，使所述线偏振高斯光束的偏振方向与所述空间光调制器所需的偏振方向平行；

所述空间光调制器，用于加载相位全息图，所述相位全息图为通过数值模拟平面波与自聚焦艾里光束发生干涉，获得的干涉条纹上加载自聚焦艾里光束的振幅和相位信息；

所述4f滤波系统，用于接收所述空间光调制器反射的光束，经过傅里叶变换后在频谱面选取正一级干涉条纹，并进行逆傅里叶变换，得到自聚焦艾里光束的初始平面；

所述延迟系统，用于接收4f滤波系统发射的自聚焦艾里光束，并调制得到不同传输距离的横截面光场；

所述非偏振分束立方镜，用于接收所述延迟系统发射的光束，并基于预设分光比进行分束，得到第一光束和第二光束；将所述第一光束发送至光束质量分析仪，将所述第二光束发送至微粒捕获系统；

所述光束质量分析仪，用于获取并分析所述第一光束在不同传输距离的横截面光强分布信息；

所述微粒捕获系统，用于基于所述第二光束进行微粒样品捕获。

作为优选的，还包括扩束系统，所述扩束系统设于所述半波片的发射光路上；