《基於空間光調製器的軸向動態三維達曼陣列》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由余俊傑擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於空間光調製器的軸向動態三維達曼陣列
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：余俊傑
- 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
傳統雷射掃描技術是利用物鏡的單個聚焦光斑機械式逐點掃描獲得物質的微觀結構信息或產生雷射與物質的局域作用，因而系統效率低、穩定性和可靠性差，尤其對高數值孔徑油浸聚焦系統更是如此。本項目擬通過空間光調製器（SLM）在聚焦物鏡的入射光瞳中引入二次球面相位項，從而改變物鏡聚焦光斑的軸向位置。通過連續調節二次球面相位的離焦水平，即可實現聚焦光斑的軸向掃描。結合我們提出的三維達曼光柵技術[Appl. Opt.51,1619(2012)]，我們將這種軸向掃描的單點聚焦光斑拓展為三維空間分布的焦斑陣列，從而在傳統的雷射掃描技術中實現軸向掃描的三維達曼陣列,極大提高系統的掃描效率。同時，利用SLM的可程式性實時調節二次相位項來實現達曼陣列整體軸向動態掃描，避免了傳統的機械式掃描，從而極大地提升系統的穩定性和可靠性。因而，這種基於SLM的軸向動態三維達曼陣列在各種雷射掃描成像或處理技術中有廣泛的套用前景。
結題摘要
物鏡的聚焦光場是現代光學諸多技術如雷射直寫、雷射光鑷、雷射共焦/螢光顯微成像等技術的核心和基礎。傳統聚焦光場往往只能產生單個聚焦光斑，因而雷射作用效率低。本項目提出利用達曼編碼技術實現達曼波帶片可實現軸向多焦點，進一步結合二維達曼光柵技術，可實現焦斑三維空間排布，因而可大大提高雷射作用效率。更進一步，本項目將球面光瞳函式引入到三維達曼陣列系統，實現了無機械軸向掃描的三維達曼陣列。實驗中，我們實現了NA0.1下的軸向無機械掃描5×5×5的三維達曼陣列，軸向掃描範圍達-1000～1000微米。本項目還通過非分離達曼編碼技術，設計並加工了5×5非分離達曼光柵，將二維達曼光柵的效率提升了約10%。此外，我們還提出並實現了連續相位達曼波帶片，大大減弱空間光調製器實現達曼波帶片時由於像素化帶來了的問題。此外，本項目還通過角向編碼技術可進一步提高達曼陣列的複雜度，從而使得複雜達曼光阱和三維微加工技術成為可能。我們實現了NA0.1聚焦條件下的軸向5焦面均為由三個焦斑組成的三角形的三維焦斑陣列。我們還初步驗證了這種角向編碼技術產生的由4個焦斑組成的“Y”型光阱陣列的並行捕獲能力。通過達曼編碼技術，我們實現了petal-like光斑陣列，並通過變化兩個達曼渦旋光柵橫向相對位移，實現了petal-like光斑角向的可控旋轉。另外，我們還通過達曼編碼光柵結合角錐相位，提出並實現了完美渦旋的二維陣列，這種環形光斑半徑與攜帶拓撲荷無關的完美渦旋陣列可在軌道角動量複合光通信和光學操控等方面具有重要的套用前景。達曼波帶片產生的軸向多焦點主要問題是由於軸向間隔與孔徑內的徑向周期數成正比，因而很難產生小軸向間隔的焦斑陣列。本項目基於圓環達曼光柵技術，提出了一種單物鏡4Pi聚焦光學結構，可實現貝塞爾光束的駐波場。該技術可填補達曼波帶片技術空白，實現軸向小間隔的多焦斑陣列。
