CN201655348U - 利用透射式体全息存储介质实现复合光学涡旋的产生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用透射式体全息存储介质实现复合光学涡旋的产生装置，其特征在于：激光光源发出的激光经过光束扩大器、第一反射镜和第二反射镜，在主快门的控制下，通过涡旋调制器形成涡旋光；第一反射镜与第二反射镜的光路之间设有n个分束镜，形成n个参考光，n个参考光经过n个参考光路快门后，通过n个参考光路反射镜与涡旋光在透射式体全息存储中形成n幅体全息图；在透射式体全息存储之后且与涡旋光同轴设有图像采集器件；主快门和n个参考光路快门与控制器和计算机实现电信号联接。本实用新型复合涡旋的产生方法简单易调节，且得到复合涡旋的种类多样。

Description

利用透射式体全息存储介质实现复合光学涡旋的产生装置

技术领域

本实用新型涉及一种利用透射式体全息存储介质实现复合光学涡旋的产生装置，是一种用角度复用体全息存储方式实现多涡旋同轴叠加，通过光学涡旋与光学涡旋的叠加产生新的复杂涡旋的装置。

背景技术

光学涡旋在近几十年中由于其独特的相位结构和拓扑特性在基础研究和应用研究等领域均受到了广泛的关注。在光学领域，如果光波场的中心存在相位奇点，且相位围绕该奇点呈螺旋连续变化，光波波前会绕在传播方向上的一条线以螺旋方式旋转，形成螺旋形的波前，这非常类似于流体中的涡旋现象，因此这类光波被称为“光学涡旋”(Optical Vortices)。

光学涡旋是一种独特的光场，其螺旋型波前和独特的相位结构及新颖的拓扑特性使之可以产生较大的轨道角动量，目前已经成功地将其转移给微粒实现对微粒的操控。一般用于微粒操控的光学涡旋多为波前中含有一个相位奇点的单个涡旋，而含有多个相位奇点的多涡旋结构可进行多种独立的光学束缚。由于复合涡旋可产生新颖的拓扑结构和强度分布，可满足多涡旋结构的要求，因此引起了广泛关注。

早在2003年I.D.Maleev和G.A.Swartzlander等人就分析了两个平行不共线的涡旋叠加，描述了光学相位奇点随两涡旋的相对相位或幅值的变化情况，并得到涡旋产生和湮灭的临界条件。近几年对光学涡旋的共线叠加研究逐渐增多，其中E.J.Galvez领导的研究小组在2006-2009年间致力于此方面的研究，得出了两涡旋叠加后产生的复合涡旋的分布规律。

多个涡旋的叠加产生新的涡旋分布，目前多从理论上研究多个涡旋在不同条件下叠加产生复合涡旋的分布或其分布规律，而通过实验得到复合涡旋的介绍却很少，比如E.J.Galvez领导的研究小组已在实验上利用两嵌套式的马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉光路实现了两个涡旋(拓扑荷值为整数或小数)的同轴叠加。此方法便于分别控制干涉臂上两光学涡旋的相对强度和相位，但调节两光学涡旋的平行和同轴较难，且对于多个(＞2)涡旋的同轴干涉叠加实现起来难度更大。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本实用新型提出一种利用透射式体全息存储介质实现复合光学涡旋的产生装置，通过角度复用体全息存储方式实现多涡旋同轴叠加，通过光学涡旋与光学涡旋的叠加产生新的复杂涡旋的花样。

技术方案

一种利用透射式体全息存储介质实现复合光学涡旋的产生装置，其特征在于包括激光光源1、光束扩大器2、第一反射镜3、第二反射镜4、主快门8、涡旋调制器、体全息存储介质13、图像采集器件14、n个参考光路反射镜5、n个分束镜6、n个参考光路快门7、控制器15和计算机16；激光光源1发出的激光经过光束扩大器2、第一反射镜3和第二反射镜4，在主快门8的控制下，通过涡旋调制器形成涡旋光；第一反射镜3与第二反射镜4的光路之间设有n个分束镜6，形成n个参考光，n个参考光经过n个参考光路快门7后，通过n个参考光路反射镜5与涡旋光在透射式体全息存储13中形成n幅体全息图；在透射式体全息存储13之后且与涡旋光同轴设有图像采集器件14；主快门8和n个参考光路快门7与控制器15和计算机16实现电信号联接。

所述的涡旋调制器采用涡旋平面全息产生器、螺旋相位板涡旋产生器、模式转换涡旋产生器、中空波导涡旋产生器或旋转镜面光学参数振荡器。

有益效果

本实用新型提出的利用透射式体全息存储介质实现复合光学涡旋的产生装置，通过角度复用方式在体全息存储介质内写入多重体全息，记录过程中，涡旋光束方向始终不变，保证了不同涡旋光束的同轴性，且体全息光栅的布拉格衍射可使之具有很高的衍射效率。而复合光学涡旋的产生只需通过计算机控制系统选用相应参考光再现出相应的涡旋光束以实现不同光学涡旋的叠加。整个产生过程简单，易满足不同光学涡旋的同轴性和高衍射效率，且由于此方法可通过改变参考光的入射角度增加光学涡旋的存储容量，因此本实用新型复合涡旋的产生方法简单易调节，且得到复合涡旋的种类多样。

附图说明

图1：本实用新型的利用透射式体全息存储介质实现复合光学涡旋的产生装置

图中，1-激光光源，2-光束扩大器，3-第一反射镜，4-第二反射镜，5-n个参考光路反射镜，6-3个分束镜，7-3个参考光路快门，8-主快门，9-傅里叶变换透镜，10-傅里叶逆变换透镜，11-针孔滤波器，12-涡旋平面全息产生器，13-1-透射式体全息存储介质，14-图像采集器件，15-控制器，16-计算机。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本实用新型作进一步描述：

请参阅图1光路结构，包括激光光源1，依次设置在该激光光源1出射光路上的光束扩大器2、第一反射镜3、分束镜6-1，由设置在该分束镜6-1反射光路上的第一个参考光路快门7-1和参考光路反射镜5-1；在分束镜6-1透射光路上的分束镜6-2和反射光路上的第二个参考光路快门7-2和参考光路反射镜5-2；……；在分束镜6-n反射光路上的第n个参考光路快门7-n和参考光路反射镜5-n，在分束镜6-n的透射光路上的第二反射镜4、主快门8、涡旋平面全息产生器12、第一傅里叶变换透镜9、第一针孔滤波器11、第一傅里叶逆变换透镜10。参考光路反射镜5的朝向设置成使参考光与物光在透射式全息存储介质13-1的指定位置17交叉，所述n＝3。

产生复合光学涡旋的结构还包括用于控制参考光和涡旋光光路上的快门的控制器15及计算机16。

其他元器件均采用常规产品。

本实施方式的存储方法为：记录时，激光光源1发出的激光经光束扩大器2后提供系统所需的平行光。平行光垂直入射到分束镜6-1，入射光被分为两路：其反射光，经第一个参考光路快门7-1和参考光路反射镜5-1，构成记录所需的第一参考光R₁；其透射光，垂直入射到分束镜6-2，被分为两路：其反射光，经第二个参考光路快门7-2和参考光路反射镜5-2，构成记录所需的第二参考光R₂；其透射光，垂直入射到分束镜6-3，被分为两路：其反射光，经第三个参考光路快门7-3和参考光路反射镜5-3，构成记录所需的第三参考光R₃；其透射光，经第二反射镜4、主快门8后由涡旋平面全息产生器12调制，再第一傅里叶变换透镜9、第一针孔滤波器11、第一傅里叶逆变换透镜10记录所需的涡旋光。涡旋平面全息产生器12、第一傅里叶变换透镜9、第一针孔滤波器11、第一傅里叶逆变换透镜10、体全息记录介质13-1构成典型的4F结构。各参考光和涡旋光以不同夹角从同一侧入射到透射式体全息存储介质13-1的同一位置17干涉形成多重光栅，记录多个数据页。读取过程则将涡旋光光路阻断，用于记录时一致的参考光在位置19读取相应的数据页信息。

Claims (2)

1.一种利用透射式体全息存储介质实现复合光学涡旋的产生装置，其特征在于包括激光光源(1)、光束扩大器(2)、第一反射镜(3)、第二反射镜(4)、主快门(8)、涡旋调制器、体全息存储介质(13)、图像采集器件(14)、n个参考光路反射镜(5)、n个分束镜(6)、n个参考光路快门(7)、控制器(15)和计算机(16)；激光光源(1)发出的激光经过光束扩大器(2)、第一反射镜(3)和第二反射镜(4)，在主快门(8)的控制下，通过涡旋调制器形成涡旋光；第一反射镜(3)与第二反射镜(4)的光路之间设有n个分束镜(6)，形成n个参考光，n个参考光经过n个参考光路快门(7)后，通过n个参考光路反射镜(5)与涡旋光在透射式体全息存储介质(13)中形成n幅体全息图；在透射式体全息存储介质(13)之后且与涡旋光同轴设有图像采集器件(14)；主快门(8)和n个参考光路快门(7)与控制器(15)和计算机(16)实现电信号联接。

2.根据权利要求1所述的利用透射式体全息存储介质实现复合光学涡旋的产生装置，其特征在于：所述的涡旋调制器采用涡旋平面全息产生器、螺旋相位板涡旋产生器、模式转换涡旋产生器、中空波导涡旋产生器或旋转镜面光学参数振荡器。