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基于空间光调制器获得空心光束的数值模拟和实验研究
  • ISSN号:1001-4888
  • 期刊名称:实验力学
  • 时间:2014
  • 页码:125-132
  • 分类:O436[机械工程—光学工程;理学—光学;理学—物理] TN249[电子电信—物理电子学]
  • 作者机构:[1]中国科学技术大学近代力学系中科院材料力学行为和设计重点实验室,合肥230027
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划(2011CB302105),国家自然科学基金(11127201,11102201),以及中国科学院科研装备研制项目(YZ201265)资助
  • 相关项目:双材料微悬臂褶皱梁的基础力学问题研究及其在光学读出非制冷红外焦平面中的应用
中文摘要:

光镊技术中,会聚的空心光束形成的能量光阱可用来捕获吸光性颗粒或操纵吸光性颗粒沿光轴方向运动。采用Gerchberg—Saxton(GS)算法计算所需相位,并将相位载入相位型空间光调制器来获得空心光束。为了提高会聚的空心光束能量,对空间光调制器相位屏进行预处理,叠加数字闪耀光栅位相,实现了将四个一级衍射谱闪耀至零级干涉极大位置,空心光束能量提高到原来的4.7倍。为了消除空间光调制器二维光栅结构所形成的零级谱亮斑以及高级谱的影响,在相位屏上加入球面波相位,使得空心光束衍射谱平面与零级谱平面的空间位置分离,并采用带通滤波器将空间光调制器的零级谱亮斑和高级谱滤掉。采用高度会聚透镜将所得空心光束会聚为微米尺寸,可应用于捕获吸光性颗粒。另外,利用离散傅立叶变换的平移原理实现空心光束实时平移,该方法可应用于实时操纵吸光性颗粒移动。

英文摘要:

In optical tweezers technology, the energy optical trap formed by convergent hollow beam can be used to capture light absorbing particles or manupulate these particles moving along the optical axis direction. In this paper, Gerchberg-Saxton (GS) algorithm was used to calculate the phase, then the phase was loaded to a phase-type spatial light modulator to obtain the convergent hollow beam. To improve the energy of convergent hollow beam, the phase of spatial light modulator was preprocessed by overlaying a digital blazed grating phase, which makes the four first-order diffraction spectrum blaze to the zero-order position and the energy of the hollow beam increased to 4. 7 times of the original energy. To eliminate the effect of zero-order diffraction spectrum caused by the two- demension structure of the spatial light modulator and the multi-order diffraction spectrum, the hollow beam spectrum plane is separated from the zero-order spectrum plane by overlaying a spherical wave phase, then a band-pass filter are used in the light path to lilt the zero-order diffraction spectrum and the multi-order diffraction spectrum. The hollow beam can be converged to micro-scale by highly convergent lens, thus it can be applied to trapping light absorbing particles. In addition, the shift of the hollow beam are achieved in real time by the shift theory of the discrete Fourier transform, and the manupulation of light absorbing particle can achieved.

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期刊信息
  • 《实验力学》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科协
  • 主办单位:中国力学学会 中国科学技术大学
  • 主编:于起峰
  • 地址:安徽省合肥市金寨路96号中国科技大学
  • 邮编:230026
  • 邮箱:sylx@ustc.edu.cn
  • 电话:0551-3601246
  • 国际标准刊号:ISSN:1001-4888
  • 国内统一刊号:ISSN:34-1057/O3
  • 邮发代号:26-57
  • 获奖情况:
  • 国内外数据库收录:
  • 日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:6587