專利名稱：一種實(shí)現(xiàn)激光束縱向偏振雙焦點(diǎn)聚焦的位相片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對激光束整形并經(jīng)顯微物鏡聚焦，從而實(shí)現(xiàn)改變焦點(diǎn)光強(qiáng)分布的技術(shù)。
背景技術(shù)：
研究激光光束在各種孔徑和位相片濾波作用下經(jīng)高數(shù)值孔徑物鏡聚焦后在焦點(diǎn)附近的三維光場分布一直是科學(xué)家們感興趣的重要課題。高度聚焦光斑尺寸小于波長的焦點(diǎn)光束在三維光學(xué)數(shù)據(jù)存儲，光刻技術(shù)，材料加工，納米微粒操控，生物醫(yī)學(xué)成像，拉曼光譜技術(shù)，二次諧波激發(fā)，近場掃描和激光共焦顯微技術(shù)中都是至關(guān)重要的[1-8]。然而在光斑尺寸小于波長時(shí)，標(biāo)量衍射理論無法得到焦點(diǎn)附近精確的光強(qiáng)分布，必須使用矢量衍射理論。為此，Richards和Wolf系統(tǒng)地研究了光束的聚焦問題，得到了矢量衍射積分公式，建立了聚焦問題的基本理論框架[Proc. R. Soc. Lond. A，253，358-379，1959]。研究發(fā)現(xiàn)徑向偏振光束入射通?？梢垣@得比較小的聚焦光斑，這是因?yàn)閺较蚱窆馐劢购罂梢垣@得光軸上強(qiáng)度不為零，分布在光軸附近的縱向偏振分量，而徑向分量因相互抵消而所占比重很低。實(shí)驗(yàn)上要獲得高純縱向偏振光束，首先要有徑向偏振入射光束。已有多篇文獻(xiàn)報(bào)道獲得徑向偏振入射光束的方法。如文獻(xiàn)[Appl.Opt.，29，2234-2239，1990]所報(bào)道的方法是利用Mach-Zehnder雙光路干涉儀，將兩束偏振方向互相垂直，強(qiáng)度和位相調(diào)制過的的線偏振光疊加干涉產(chǎn)生徑向偏振光束。2005年，Zhao Yiqiong等人提出了三環(huán)二元衍射位相光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)了徑向偏振光束在顯微物鏡焦點(diǎn)位置的沿軸向的鏈狀聚焦[Opt. Lett.，Vol.30, No. 8，848-850，2005]。2008年，新加坡國立大學(xué)數(shù)據(jù)存儲研究所的王海風(fēng)等人在Nature photonics發(fā)表了一篇理論研究文章，利用特殊設(shè)計(jì)的五環(huán)帶二元位相片對入射徑向偏振貝塞爾-高斯光束濾波后再用數(shù)值孔鏡為0. 95的物鏡聚焦可以獲得亞波長尺寸的軸向強(qiáng)度分布均勻的縱向偏振針狀光束，焦深達(dá)四個(gè)波長[Nat. Photonics, Vol. 2,No. 8,501-505, 2008]。2010年，Huang Kim等人結(jié)合全域搜尋優(yōu)化算法設(shè)計(jì)了一種衍射光學(xué)元件，理論模擬獲得了一種縱向偏振針狀焦斑[Opt. Lett.，Vol. 35，No. 7，965-967，2010]。迄今為止，我們未見對入射光束進(jìn)行相位調(diào)制的方法來獲得縱向偏振光束軸向雙焦點(diǎn)?？v向偏振光束雙焦點(diǎn)在三維光學(xué)數(shù)據(jù)存儲，生物細(xì)胞和組織不同層面成像，浮動納米微粒操控，金屬針尖探針場增強(qiáng)等有很多潛在應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明研究了徑向偏振光束的聚焦特點(diǎn)和Richards和Wolf提出的矢量衍射積分公式，設(shè)計(jì)了以下函數(shù)表示的圓對稱位相片
權(quán)利要求
1.一種圓對稱多環(huán)位相片，可以對入射激光束實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制，其特征是相位調(diào)制函數(shù)可以用下列位相函數(shù)表示
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，將滿足該位相分布的位相片置于顯微物鏡入射光瞳位置后聚焦徑向偏振光束，其特征是實(shí)現(xiàn)縱向偏振軸向雙焦點(diǎn)聚焦。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種實(shí)現(xiàn)激光束縱向偏振雙焦點(diǎn)聚焦的位相片，其技術(shù)領(lǐng)域涉及激光整形和聚焦。該位相片位相調(diào)制呈圓對稱多環(huán)分布，可以用位相分布函數(shù)表示。交替分布的環(huán)具有不同的位相調(diào)制特征，從而導(dǎo)致徑向偏振激光束聚焦后形成縱向偏振雙焦點(diǎn)。縱向偏振光束雙焦點(diǎn)在三維光學(xué)數(shù)據(jù)存儲，生物細(xì)胞和組織不同層面成像，浮動納米微粒操控，金屬針尖探針場增強(qiáng)等方面有很多潛在應(yīng)用。
文檔編號G02B5/30GK102269837SQ201110028750
公開日2011年12月7日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者陳建農(nóng) 申請人:魯東大學(xué)