产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置与方法.pdf

《产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置与方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置与方法.pdf（29页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910768624.0 (22)申请日 2019.08.20 (71)申请人 济南大学 地址 250022 山东省济南市市中区南辛庄 西路336号 (72)发明人 韩玉晶张莉荣振宇陈小艺 (74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 37221 代理人 赵敏玲 (51)Int.Cl. G02B 27/09(2006.01) (54)发明名称 产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束 的装置与方法 (57)摘要 本发明公开了一种产生呈正方阵列分布的 三维阵列瓶状光束的装置。

2、及方法， 包括： 光源； 扩 束准直镜， 用于将光扩束为大口径平行光束； 二 元相位板， 用于对大口径平行光束的光场的波前 进行调制； 第一傅里叶透镜， 在其后焦面处为经 过二元相位板后光场的频谱； 滤波器， 其放置在 光场的频谱面处， 允许中心光斑和位于中心光斑 周围的对称光斑通过的同时， 对通过的对称光斑 进行相位调制； 第二傅里叶透镜， 将相位调制后 的对称光斑转换为对称的具有相同轴向波矢的 平行光束， 平行光束干涉， 将产生空间衍射不变 光斑阵列； 将中心光斑转换为一束沿光轴方向传 输的平行光束， 此平行光束将和衍射不变光斑阵 列干涉， 在空间中形成强度分布具有瓶状光束结 构的阵列光场。

3、。 权利要求书2页 说明书8页 附图18页 CN 110568619 A 2019.12.13 CN 110568619 A 1.产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置， 其特征在于， 包括： 光源； 扩束准直镜， 设置在光源发出光的方向， 用于将来自光源的光转换为大口径平行光束； 二元相位板， 设置在扩束准直镜的后端， 用于对大口径平行光束的光场的波前进行调 制； 第一傅里叶透镜， 设置在二元相位板的后端， 在其后焦面处为经过二元相位板后光场 的频谱； 滤波器， 其放置在光场的频谱面处， 允许中心光斑和位于中心光斑周围的对称光斑通 过的同时， 对通过的对称光斑进行相位调制； 第二傅里叶透。

4、镜， 设置在滤波器的后端， 将相位调制后的对称光斑转换为对称的具有 相同轴向波矢的平行光束， 平行光束干涉， 将产生空间衍射不变光斑阵列； 将中心光斑转换 为一束沿光轴方向传输的平行光束， 此平行光束将和衍射不变光斑阵列干涉， 在空间中形 成强度分布具有瓶状光束结构的阵列光场。 2.如权利要求1所述的产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置， 其特征在于， 还包括CCD， 所述的CCD设置在第二傅里叶透镜后端， 用于记录具有瓶状光束结构的阵列光 场的强度分布。 3.如权利要求1所述的产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置， 其特征在于， 所述的二元相位板， 用来产生方形光斑阵列， 在其片。

5、基上刻蚀有多个方格结构， 所有的方格 结构分为两种， 其中一种方格结构的灰度大于另外一种方格结构的灰度； 这两种方格结构 在竖直和水平方向上交替分布， 最后形成矩形阵列。 4.如权利要求1所述的产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置， 其特征在于， 所述的二元相位板， 用来产生长方形光斑阵列， 在其片基上刻蚀有多个长方形结构， 所有的 长方形结构分为两种， 其中一种长方形结构的灰度大于另外一种长方形结构的灰度； 这两 种长方形结构在竖直和水平方向上交替分布， 最后形成矩形阵列。 5.如权利要求1所述的产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置， 其特征在于， 所述的二元相位板， 用来产生三。

6、角形光斑阵列， 在其片基上刻蚀有多个方格结构， 所有的方 格结构分为两种， 一种方格结构内部分成四个等腰直角三角形， 上下两个三角形的灰度大 于左右两个三角形的灰度； 另一种方格结构内部也分成四个等腰直角三角形， 上下两个三 角形的灰度小于左右两个三角形的灰度； 这两种方格结构在竖直和水平方向上交替分布， 最后形成矩形阵列。 6.如权利要求1-5任一所述的产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置， 其特 征在于， 应用于冷原子捕获装置中。 7.如权利要求1-5任一所述的产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置， 应用 于材料加工装置中， 用于材料的加工。 8.如权利要求1-5任一所述的产生。

7、呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置， 应用 于粒子分流装置中， 对粒子进行分流。 9.产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的方法， 其特征在于， 如下： 激光经扩束准直镜后获得大口径平行光束； 大口径光束经过周期型二元相位板后光场 的波前受到了调制， 经过第一傅里叶透镜后， 在第一傅里叶透镜的后焦面处获得光场的频 权利要求书 1/2 页 2 CN 110568619 A 2 谱， 在频谱面处放置一滤波器， 在允许紧靠中心光斑的多个对称光斑通过的同时， 并对对称 光斑进行相位调制， 经过相位调制的对称光斑经过第二傅里叶透镜后， 将转换为多束对称 的具有相同轴向波矢的平行光束， 平行光束干涉，。

8、 将会沿光轴方向产生空间衍射不变光场， 合理调整多个对称光斑的相位值， 衍射不变光场可以是具有正方排列的圆形、 方形或三角 形光斑； 然后， 让空间频谱中心光斑通过所述的滤波器， 经第二傅里叶透镜后， 将转换为一束沿 光轴方向传输的平行光束， 此光束将和衍射不变光斑阵列干涉， 在空间中形成强度分布具 有瓶状光束结构的阵列光场。 10.如权利要求9所述的产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的方法， 其特征在 于， 改变二元相位板的相位调制量， 使中心光斑所对应的平行光束和衍射不变光斑阵列具 有相同的最大复振幅， 获得最好的三维阵列瓶状光束。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110568619 。

9、A 3 产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置与方法 技术领域 0001 本发明涉及一种产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的方法与装置。 背景技术 0002 瓶状光束是一种在空间中具有特殊光强分布的光束， 其强度分布在空间中有着强 度为零的区域， 而在此区域外的三维空间光场的强度不等于零， 类似于一个密封性的瓶子。 瓶状光束可作为激光导管， 可用于囚禁粒子、 分子等。 0003 目前， 现有技术中已经提出了一些产生瓶状光束的方法， 比较典型的如基于双轴 锥镜法的双贝塞尔光束干涉形成的一维瓶状光束阵列。 而发明人发现产生高维次阵列瓶状 光束的方法还几乎无人涉及。 发明内容 0004 本发明。

10、基于多光束干涉基本理论， 使用周期型二元相位板， 通过改变二元相位板 的相位调制特性， 额外获得光场的零级分量作为参考光， 并对经过二元相位板的光场的频 谱有目的的进行相应调制， 利用比较简单的光路， 实现了多光束干涉的目的， 产生了具有正 方排列的三维阵列瓶状光束。 0005 本发明采用的技术方案如下： 0006 本发明提出的一种产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置， 包括： 0007 光源； 0008 扩束准直镜， 设置在光源发出光的方向， 用于将来自光源的光转换为大口径平行 光束； 0009 二元相位板， 设置在扩束准直镜的后端， 用于对大口径平行光束的光场的波前进 行调制； 00。

11、10 第一傅里叶透镜， 设置在二元相位板的后端， 在其后焦面处为经过二元相位板后 光场的频谱； 0011 滤波器， 其放置在光场的频谱面处， 允许中心光斑和位于中心光斑周围的对称光 斑通过的同时， 对通过的对称光斑进行相位调制； 0012 第二傅里叶透镜， 设置在滤波器的后端， 将相位调制后的对称光斑转换为对称的 具有相同轴向波矢的平行光束， 平行光束干涉， 将产生空间衍射不变光斑阵列； 将中心光斑 转换为一束沿光轴方向传输的平行光束， 此平行光束将和衍射不变光斑阵列干涉， 在空间 中形成强度分布具有瓶状光束结构的阵列光场。 0013 作为进一步的， 所述的光源采用激光光源。 0014 作为进。

12、一步的， 还包括CCD， 所述的CCD设置在第二傅里叶透镜后端， 用于记录具有 瓶状光束结构的阵列光场的强度分布。 0015 作为进一步的， 所述的二元相位板， 用来产生方形光斑阵列， 在其片基上刻蚀有多 个方格结构， 所有的方格结构分为两种， 其中一种方格结构的灰度大于另外一种方格结构 说明书 1/8 页 4 CN 110568619 A 4 的灰度； 这两种方格结构在竖直和水平方向上交替分布， 最后形成矩形阵列； 0016 作为进一步的， 所述的二元相位板， 用来产生长方形光斑阵列， 在其片基上刻蚀有 多个长方形结构， 所有的长方形结构分为两种， 其中一种长方形结构的灰度大于另外一种 长方。

13、形结构的灰度； 这两种长方形结构在竖直和水平方向上交替分布， 最后形成矩形阵列。 0017 作为进一步的， 所述的二元相位板， 用来产生三角形光斑阵列， 在其片基上刻蚀有 多个方格结构， 所有的方格结构分为两种， 一种方格结构内部分成四个等腰直角三角形， 上 下两个三角形的灰度大于左右两个三角形的灰度； 另一种方格结构内部也分成四个等腰直 角三角形， 上下两个三角形的灰度小于左右两个三角形的灰度； 这两种方格结构在竖直和 水平方向上交替分布， 最后形成矩形阵列。 0018 本发明公开的产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置， 应用于信息传输 装置中， 用于信息传输。 0019 本发明公开的。

14、产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置， 应用于材料加工 装置中， 用于材料的加工。 0020 本发明公开的产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置， 应用于微粒操控 装置中， 可以对微米级粒子进行定向光学输运。 0021 本发明公开的产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置， 应用于粒子分流 装置中， 对粒子进行分流。 0022 本发明公开的产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置， 可以应用于冷原 子领域， 对原子实现有效的束缚。 0023 本发明还提供了一种产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的方法， 0024 激光经扩束准直镜后获得大口径平行光束； 大口径光束经过周期型二元相。

15、位板后 光场的波前受到了调制， 经过第一傅里叶透镜后， 在第一傅里叶透镜的后焦面处获得光场 的频谱， 在频谱面处放置一滤波器， 在允许紧靠中心光斑的多个对称光斑通过的同时， 并对 对称光斑进行相位调制， 经过相位调制的对称光斑经过第二傅里叶透镜后， 将转换为多束 对称的具有相同轴向波矢的平行光束， 平行光束干涉， 将会沿光轴方向产生空间衍射不变 光场， 合理调整多个对称光斑的相位值， 衍射不变光场可以是具有正方排列的圆形、 方形或 三角形光斑； 0025 然后， 让空间频谱中心光斑(直流分量)通过滤波器， 经第二傅里叶透镜后， 将转换 为一束沿光轴方向传输的平行光束， 此光束将和衍射不变光斑阵。

16、列干涉， 由于此平行光束 和衍射不变光斑阵列具有不同的轴向波矢， 随着传输距离z的变化， 干涉光场的图样也将会 发生变化， 具体表现为在空间中形成强度分布具有瓶状光束结构的阵列光场。 0026 作为进一步的技术方案， 为了获得效果较好的三维阵列瓶状光束， 应当使直流分 量所对应的平行光束和衍射不变光斑阵列具有相同的最大复振幅， 这个可以通过改变二元 相位板的相位调制量来实现。 0027 本发明的有益效果： 0028 本发明利用这种方法可以比较容易的获得具有正方排列的三维阵列瓶状光束， 具 有能量利用率高、 光路简单易于实现的优良特性， 在材料的加工、 粒子的分流、 冷原子等领 域有一定的应用空。

17、间。 理想情况下， 这种方法的能量利用率可以超过80， 这一方法有望使 得具有正方排列的三维阵列瓶状光束在科研及生产生活中得到广泛的应用。 说明书 2/8 页 5 CN 110568619 A 5 附图说明 0029 图1本发明所公开的实施例中的光路图； 0030 图2(a1)是用来产生方形光斑阵列的二元相位板； 0031 图2(b1)为对应经过图2(a1)中所示二元相位板的光场的空间频谱分布图； 0032 图2(a2)是用来产生长方形光斑阵列的二元相位板； 0033 图2(b2)为对应经过图2(a2)中所示二元相位板的光场的空间频谱分布图； 0034 图2(a3)是用来产生圆形光斑阵列和三角。

18、形光斑阵列的二元相位板； 0035 图2(b3)为对应经过图2(a3)中所示二元相位板的光场的空间频谱分布图； 0036 图3(a)为图2(a1)后面设置的滤波器； 0037 图3(b)为图2(a2)后面设置的滤波器； 0038 图3(c)为图2(a3)后面设置的滤波器； 0039 图4(a)、 图4(b)为用来产生光斑阵列的四个点源的相位分布情况； 0040 图4(c)为用来产生光斑阵列的八个点源的相位分布情况； 0041 图4(d)为用来产生光斑阵列的八个点源的相位分布情况； 0042 图5(a1)、 图5(b1)为利用图4(a)所示四个点源所产生的正方阵列光斑的归一化光 强分布和相位分布。

19、情况； 0043 图5(a2)、 图5(b2)为利用图4(b)所示四个点源所产生的阵列光斑的归一化光强分 布和相位分布情况； 0044 图5(a3)、 图5(b3)为利用图4(c)所示八个点源所产生的正方阵列光斑的归一化光 强分布和相位分布情况； 0045 图5(a4)、 图5(b4)为利用图4(d)所示八个点源所产生的阵列光斑的归一化光强分 布和相位分布情况； 0046 图6(a)为CCD在光轴某一位置所对应光场的光强分布情况； 0047 图6(b)为CCD沿光轴后移1所对应光场的光强分布情况； 0048 图6(c)是CCD沿光轴后移21所对应光场的光强分布情况； 0049 图6(d)是CC。

20、D沿光轴后移31所对应光场的光强分布情况； 0050 图6(e)是CCD沿光轴后移41所对应光场的光强分布情况； 0051 图6(f)是CCD沿光轴后移51所对应光场的光强分布情况； 0052 图6(g)是CCD沿光轴后移61所对应光场的光强分布情况； 0053 图6(h)是CCD沿光轴后移71所对应光场的光强分布情况； 0054 图7(a)为CCD在光轴某一位置所对应光场的光强分布情况； 0055 图7(b)为CCD沿光轴后移2所对应光场的光强分布情况； 0056 图7(c)是CCD沿光轴后移22所对应光场的光强分布情况； 0057 图7(d)是CCD沿光轴后移32所对应光场的光强分布情况；。

21、 0058 图7(e)是CCD沿光轴后移42所对应光场的光强分布情况； 0059 图7(f)是CCD沿光轴后移52所对应光场的光强分布情况； 0060 图7(g)是CCD沿光轴后移62所对应光场的光强分布情况； 0061 图7(h)是CCD沿光轴后移72所对应光场的光强分布情况； 0062 图8(a)为CCD在光轴某一位置所对应光场的光强分布情况。 说明书 3/8 页 6 CN 110568619 A 6 0063 图8(b)为CCD沿光轴后移3所对应光场的光强分布情况； 0064 图8(c)是CCD沿光轴后移23所对应光场的光强分布情况； 0065 图8(d)是CCD沿光轴后移33所对应光场。

22、的光强分布情况； 0066 图8(e)是CCD沿光轴后移43所对应光场的光强分布情况； 0067 图8(f)是CCD沿光轴后移53所对应光场的光强分布情况； 0068 图8(g)是CCD沿光轴后移63所对应光场的光强分布情况； 0069 图8(h)是CCD沿光轴后移73所对应光场的光强分布情况； 0070 图9(a)为CCD在光轴某一位置所对应光场的光强分布情况； 0071 图9(b)为CCD沿光轴后移3所对应光场的光强分布情况； 0072 图9(c)是CCD沿光轴后移23所对应光场的光强分布情况； 0073 图9(d)是CCD沿光轴后移33所对应光场的光强分布情况； 0074 图9(e)是C。

23、CD沿光轴后移43所对应光场的光强分布情况； 0075 图9(f)是CCD沿光轴后移53所对应光场的光强分布情况； 0076 图9(g)是CCD沿光轴后移63所对应光场的光强分布情况； 0077 图9(h)是CCD沿光轴后移73所对应光场的光强分布情况； 0078 图中： 1为激光光源， 2为扩束准直镜， 3为二元周期相位板， 4为第一傅里叶透镜， 5 为滤波器， 6为第二傅里叶透镜， 7为CCD。 具体实施方式 0079 应该指出， 以下详细说明都是例示性的， 旨在对本申请提供进一步的说明。 除非另 有指明， 本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常 理解的相同。

24、含义。 0080 需要注意的是， 这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式， 而非意图限制根 据本申请的示例性实施方式。 如在这里所使用的， 除非上下文另外明确指出， 否则单数形式 也意图包括复数形式， 此外， 还应当理解的是， 当在本说明书中使用术语 “包含” 和/或 “包 括” 时， 其指明存在特征、 步骤、 操作、 器件、 组件和/或它们的组合； 0081 正如背景技术部分所述描述的， 现有技术中已经提出了一些产生瓶状光束的方 法， 比较典型的如基于双轴锥镜法的双贝塞尔光束干涉形成的一维瓶状光束阵列。 而发明 人发现产生高维次阵列瓶状光束的方法还几乎无人涉及， 高效率的产生高维次阵列瓶状。

25、光 束在冷原子捕获、 材料加工、 粒子分流等领域有着巨大的应用价值。 0082 名词解释： 本发明中所述的大口径平行光束是指口径大于1厘米的光束。 0083 实施例1 0084 本发明的产生呈正方阵列分布的三维阵列瓶状光束的装置的光路图如图1所示。 图1中， 包括激光光源1， 扩束准直镜2， 二元周期相位板3， 第一傅里叶透镜4， 滤波器5， 第二 傅里叶透镜6， CCD 7； 具体的： 0085 激光光源1， 用于产生激光； 0086 扩束准直镜2， 设置在光源发出光的方向， 用于将来自光源的光转换为大口径平行 光束； 0087 二元相位板3， 设置在扩束准直镜的后端， 用于对大口径平行光束。

26、的光场的波前进 说明书 4/8 页 7 CN 110568619 A 7 行调制； 0088 第一傅里叶透镜4， 设置在二元相位板的后端， 在其后焦面处为经过二元相位板后 光场的频谱； 0089 滤波器5， 其放置在光场的频谱面处， 允许中心光斑和位于中心光斑周围(一般选 取紧靠中心光斑的几个对称光斑)的对称光斑通过的同时， 对通过的对称光斑进行相位调 制； 0090 第二傅里叶透镜6， 设置在滤波器的后端， 将相位调制后的对称光斑转换为对称的 具有相同轴向波矢的平行光束， 平行光束干涉， 将产生空间衍射不变光斑阵列； 将中心光斑 转换为一束沿光轴方向传输的平行光束， 此平行光束将和衍射不变光。

27、斑阵列干涉， 在空间 中形成强度分布具有瓶状光束结构的阵列光场。 0091 CCD 7， 所述的CCD 7放置于第二傅里叶透镜后端， 用于记录具有瓶状光束结构的 阵列光场的强度分布。 0092 上述所述的二元相位板， 可用来产生方形光斑阵列， 在产生方形光斑阵列时， 图2 (a1)所示的结构是： 基于光波的衍射理论， 利用计算机辅助设计， 并用灰度曝光、 离子束刻 蚀、 平板印刷等制作工艺， 在其片基上刻蚀有多个方格结构， 所有的方格结构分为两种， 其 中一种方格结构的灰度大于另外一种方格结构的灰度； 这两种方格结构在竖直和水平方向 上交替分布， 最后形成矩形阵列； 0093 作为进一步的， 。

28、所述的二元相位板， 可以用来产生长方形光斑阵列， 在产生长形光 斑阵列时， 图2(a2)所示的结构是： 基于光波的衍射理论， 利用计算机辅助设计， 并用灰度曝 光、 离子束刻蚀、 平板印刷等制作工艺， 在其片基上刻蚀有多个长方形结构， 所有的长方形 结构分为两种， 其中一种长方形结构的灰度大于另外一种长方形结构的灰度； 这两种长方 形结构在竖直和水平方向上交替分布， 最后形成矩形阵列。 0094 作为进一步的， 所述的二元相位板， 可以用来产生三角形光斑阵列， 在产生三角形 光斑阵列时， 图2(a3)所示的结构是： 基于光波的衍射理论， 利用计算机辅助设计， 并用灰度 曝光、 离子束刻蚀、 平。

29、板印刷等制作工艺在其片基上刻蚀有多个方格结构， 所有的方格结构 分为两种， 一种方格结构分成四个等腰直角三角形， 上下两个三角形的灰度大于左右两个 三角形的灰度； 另一种方格结构内部也分成四个等腰直角三角形， 上下两个三角形的灰度 小于左右两个三角形的灰度； 这两种方格结构在竖直和水平方向上交替分布， 最后形成矩 形阵列。 0095 实施例2 0096 基于实施例1中的装置， 本实施例还公开了一种产生呈正方阵列分布的三维阵列 瓶状光束的方法： 0097 激光经扩束准直镜后获得大口径平行光束。 大口径光束经过周期型二元相位板后 光场的波前受到了调制， 经过第一傅里叶透镜后， 在第一傅里叶透镜的后。

30、焦面处获得光场 的频谱， 在频谱面处放置一滤波器， 在允许紧靠中心光斑的几个对称光斑通过的同时， 并对 几个对称光斑进行相位调制， 这几个经过相位调制的对称光斑经过第二傅里叶透镜后， 将 转换为几束对称的具有相同轴向波矢的平行光束， 这几束光干涉， 将会沿光轴方向产生空 间衍射不变光场， 合理调整几个对称光斑的相位值， 衍射不变光场可以是具有正方排列的 圆形、 方形或三角形光斑。 说明书 5/8 页 8 CN 110568619 A 8 0098 之后， 让空间频谱中心光斑(直流分量)通过滤波器， 经第二傅里叶透镜后， 将转换 为一束沿光轴方向传输的平行光束， 此光束将和衍射不变光斑阵列干涉，。

31、 由于此平行光束 和衍射不变光斑阵列具有不同的轴向波矢， 随着传输距离z的变化， 干涉光场的图样也将会 发生变化， 具体表现为在空间中形成强度分布具有瓶状光束结构的阵列光场。 为了获得效 果较好的三维阵列瓶状光束， 应当使直流分量所对应的平行光束和衍射不变光斑阵列具有 相同的最大复振幅， 这个可以通过改变二元相位板的相位调制量来实现。 0099 其中， 图2(a1)至图2(b3)为所采用的二元相位板的相位调制特性及通过二元相位 板后光场的空间频谱。 图2(a1)是用来产生方形光斑阵列的二元相位板， 图2(a2)是用来产 生长方形光斑阵列的二元相位板， 图2(a3)是用来产生圆形光斑阵列和三角形。

32、光斑阵列的 二元相位板。 当两种不同灰度的格子对光场的相位调制量相差为 (半个波长)时， 经分析可 知其所对应的空间频谱不存在中心亮斑， 对应光场的直流分量。 人为调整两种不同灰度格 子对光场的相位调制量， 就可以获得光场直流分量， 并相应控制直流分量的大小。 图2(a1)、 图2(a2)、 图2(a3)中， 两种不同灰度的格子对光场的相位调制量相差均为0.6 。 图2(b1)、 图 2(b2)图2(b3)分别对应经过图2(a1)、 图2(a2)、 图2(a3)中所示二元相位板的光场的空间频 谱分布。 显然， 由于两种不同灰度的格子对光场的相位调制量相差不等于 ， 空间频谱存在 着非常明显的中。

33、心亮斑(直流分量)， 此外， 紧邻中心亮斑外围存在着几个具有相同亮度的 对称亮斑， 再往外还有更加微弱的对称亮斑。 0100 其中， 图3(a)至图3(c)为相应的滤波器； 图3(a)中的滤波器可以允许图2(b1)所示 频谱的中心亮斑和周围对称的四个亮斑通过； 图3(b)中的滤波器可以允许图2(b2)所示频 谱的中心亮斑和周围对称的四个亮斑通过； 图3(c)中的滤波器可以允许图2(b3)所示频谱 的中心亮斑和周围对称的八个亮斑通过， 并对八个亮斑的相位进行调制。 0101 其中， 图4(a)-图4(d)为用来产生光斑阵列的对称点源的相位分布情况； 图4(a)、 图4(b)中所示的四个点源， 相。

34、邻点源的相位差为 ， 恰好和频谱的相位分布一致， 故不再需 要对相位进行调制； 图4(c)中所示的八个点源， 具有相同的相位， 需要对相位进行调制； 图4 (d)中所示的八个点源， 选择和频谱的相位分布一致， 也不需要对相位进行调制。 0102 其中： 图5(a1)、 图5(b1)为利用图4(a)所示四个点源所产生的正方阵列光斑的归 一化光强分布和相位分布情况， 相位分布呈现了典型的棋盘状结构， 相邻光斑的相位相差 均为 ； 图5(a2)、 图5(b2)为利用图4(b)所示四个点源所产生的阵列光斑的归一化光强分布 和相位分布情况， 和图5(a1)图5(b1)类似， 只是在水平方向进行了一定的压。

35、缩， 相邻光斑的 相位相差均为 ； 图5(a3)、 图5(b3)为利用图4(c)所示八个点源所产生的正方阵列光斑的归 一化光强分布和相位分布情况， 由相位分布图可以看出， 相邻亮斑的相位相差均为 ； 图5 (a4)、 图5(b4)为利用图4(d)所示八个点源所产生的阵列光斑的归一化光强分布和相位分 布情况， 由相位分布图可以看出， 相邻亮斑的相位相差均为 。 0103 图6(a)至图6(h)是让中心的直流分量通过后， 和图5(a1)、 图5(b1)中所示的光斑 阵列干涉后的光场在不同位置处的光强分布情况。 为了使图6中的强度分布图像具有最好 的对比度， 经过分析可求得， 图2(a1)中的二元相。

36、位板的两种不同灰度的格子对光场的相位 调制量应大概相差为0.352 。 0104 图6(a)为CCD在光轴某一位置所对应光场的光强分布情况。 图6(b)为CCD沿光轴后 移1所对应光场的光强分布情况， 其中， 1为一微小距离。 图6(c)是CCD沿光轴后移21所 说明书 6/8 页 9 CN 110568619 A 9 对应光场的光强分布情况。 图6(d)是CCD沿光轴后移31所对应光场的光强分布情况。 图6 (e)是CCD沿光轴后移41所对应光场的光强分布情况。 图6(f)是CCD沿光轴后移51所对应 光场的光强分布情况。 图6(g)是CCD沿光轴后移61所对应光场的光强分布情况。 图6(h。

37、)是 CCD沿光轴后移71所对应光场的光强分布情况。 由图图6(a)至图6(h)中的多幅图像可以 看出， 沿光轴后移的过程中， 逐步产生了具有正方阵列分布的瓶状光束， 继续后移， 原来位 置处的瓶状光束逐渐消失， 在原瓶状光束的间隔处逐步出现了具有正方阵列分布的瓶状光 束， 和前面图5(b1)中所示的光斑阵列的相位分布情况相吻合。 此情况下， 沿轴向在一个周 期内在两个不同的位置可以产生正方阵列瓶状光束。 事实上， 正方阵列分布的瓶状光束随 着光轴后移的过程中呈现的是产生-消失-产生周而复始的一个过程。 0105 图7(a)至图7(h)为让中心的直流分量通过后， 和图5(a2)(b2)中所示的。

38、光斑阵列 干涉后的光场在不同位置处的光强分布情况。 为了使图7中的强度分布图像具有最好的对 比度， 和图2(a1)一样， 图2(a2)中的二元相位板的两种不同灰度的格子对光场的相位调制 量应大概相差依然为0.352 。 0106 图7(a)为CCD在光轴某一位置所对应光场的光强分布情况。 图7(b)为CCD沿光轴后 移2所对应光场的光强分布情况， 其中， 2为一微小距离。 图7(c)是CCD沿光轴后移22所 对应光场的光强分布情况。 图7(d)是CCD沿光轴后移32所对应光场的光强分布情况。 图7 (e)是CCD沿光轴后移42所对应光场的光强分布情况。 图7(f)是CCD沿光轴后移52所对应 。

39、光场的光强分布情况。 图7(g)是CCD沿光轴后移62所对应光场的光强分布情况。 图7(h)是 CCD沿光轴后移72所对应光场的光强分布情况。 由图7(a)至图7(h)中的多幅图像可以看 出， 沿光轴后移的过程中， 逐步产生了具有阵列分布的瓶状光束， 继续后移， 原来位置处的 瓶状光束逐渐消失， 在原瓶状光束的间隔处逐步出现了阵列分布的瓶状光束， 和前面图5 (b2)中所示的光斑阵列的相位分布情况相吻合。 此情况下， 沿轴向在一个周期内依然存在 两个不同的位置可以产生阵列瓶状光束。 阵列分布的瓶状光束随着光轴后移的过程中呈现 的依然是产生-消失-产生周而复始的一个过程。 0107 图8(a)至。

40、图8(h)为让中心的直流分量通过后， 和图5(a3)(b3)中所示的光斑阵列 干涉后的光场在不同位置处的光强分布情况。 为了使图8中的强度分布图像具有最好的对 比度， 经过分析可求得， 图2(a3)中的二元相位板的两种不同灰度的格子对光场的相位调制 量应大概相差为0.276 。 0108 图8(a)为CCD在光轴某一位置所对应光场的光强分布情况。 图8(b)为CCD沿光轴后 移3所对应光场的光强分布情况， 其中， 3为一微小距离。 图8(c)是CCD沿光轴后移23所 对应光场的光强分布情况。 图8(d)是CCD沿光轴后移33所对应光场的光强分布情况。 图8 (e)是CCD沿光轴后移43所对应光。

41、场的光强分布情况。 图8(f)是CCD沿光轴后移53所对应 光场的光强分布情况。 图8(g)是CCD沿光轴后移63所对应光场的光强分布情况。 图8(h)是 CCD沿光轴后移73所对应光场的光强分布情况。 由图8中的多幅图像可以看出， 沿光轴后 移的过程中， 逐步产生了具有正方阵列分布的瓶状光束， 继续后移， 原来位置处的瓶状光束 逐渐消失， 在原瓶状光束的间隔处逐步出现了具有正方阵列分布的瓶状光束， 和前面图5 (b3)中所示的光斑阵列的相位分布情况相吻合。 此情况下， 沿轴向在一个周期内存在两个 不同的位置可以产生正方阵列瓶状光束。 正方阵列分布的瓶状光束随着光轴后移的过程中 呈现的依然是产。

42、生-消失-产生周而复始的一个过程。 说明书 7/8 页 10 CN 110568619 A 10 0109 图9(a)至图9(h)为让中心的直流分量通过后， 和图5(a4)(b4)中所示的光斑阵列 干涉后的光场在不同位置处的光强分布情况。 为了使图8中的强度分布图像具有最好的对 比度， 经过分析可求得， 图2(a3)中的二元相位板的两种不同灰度的格子对光场的相位调制 量应大概相差为0.341 。 0110 图9(a)为CCD在光轴某一位置所对应光场的光强分布情况。 图9(b)为CCD沿光轴后 移3所对应光场的光强分布情况， 其中， 3为一微小距离。 图9(c)是CCD沿光轴后移23所 对应光场。

43、的光强分布情况。 图9(d)是CCD沿光轴后移33所对应光场的光强分布情况。 图9 (e)是CCD沿光轴后移43所对应光场的光强分布情况。 图9(f)是CCD沿光轴后移53所对应 光场的光强分布情况。 图9(g)是CCD沿光轴后移63所对应光场的光强分布情况。 图9(h)是 CCD沿光轴后移73所对应光场的光强分布情况。 由图9中的多幅图像可以看出， 沿光轴后 移的过程中， 逐步产生了具有正方阵列分布的瓶状光束， 继续后移， 原来位置处的瓶状光束 逐渐消失， 在原瓶状光束之外的位置逐步出现了具有正方阵列分布的瓶状光束， 和前面图5 (b4)中所示的光斑阵列的相位分布情况相吻合。 此情况下， 沿。

44、轴向在一个周期内存在两个 不同的位置可以产生正方排阵列瓶状光束。 正方阵列分布的瓶状光束随着光轴后移的过程 中呈现的依然是产生-消失-产生周而复始的一个过程。 0111 本发明利用这种方法可以比较容易的获得具有正方排列的三维阵列瓶状光束， 具 有能量利用率高、 易于实现的优良特性， 在材料的加工、 粒子的分流、 冷原子等领域有一定 的应用空间。 0112 以上所述仅为本申请的优选实施例而已， 并不用于限制本申请， 对于本领域的技 术人员来说， 本申请可以有各种更改和变化。 凡在本申请的精神和原则之内， 所作的任何修 改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本申请的保护范围之内。 0113 本发明。

45、中所用到的方法同样适用于利用电子束、 声波等产生具有正方排列的三维 阵列瓶状电子束、 瓶状声波束等。 说明书 8/8 页 11 CN 110568619 A 11 图1 说明书附图 1/18 页 12 CN 110568619 A 12 说明书附图 2/18 页 13 CN 110568619 A 13 图3(a) 图3(b) 图3(c) 说明书附图 3/18 页 14 CN 110568619 A 14 图4(a) 图4(b) 图4(c) 说明书附图 4/18 页 15 CN 110568619 A 15 图4(d) 说明书附图 5/18 页 16 CN 110568619 A 16 说明书。

46、附图 6/18 页 17 CN 110568619 A 17 图6(a) 说明书附图 7/18 页 18 CN 110568619 A 18 图6(b) 图6(c) 图6(d) 说明书附图 8/18 页 19 CN 110568619 A 19 图6(e) 图6(f) 图6(g) 说明书附图 9/18 页 20 CN 110568619 A 20 图6(h) 图7(a) 图7(b) 说明书附图 10/18 页 21 CN 110568619 A 21 图7(c) 图7(d) 图7(e) 说明书附图 11/18 页 22 CN 110568619 A 22 图7(f) 图7(g) 图7(h) 说。

47、明书附图 12/18 页 23 CN 110568619 A 23 图8(a) 图8(b) 图8(c) 说明书附图 13/18 页 24 CN 110568619 A 24 图8(d) 图8(e) 图8(f) 说明书附图 14/18 页 25 CN 110568619 A 25 图8(g) 图8(h) 图9(a) 说明书附图 15/18 页 26 CN 110568619 A 26 图9(b) 图9(c) 图9(d) 说明书附图 16/18 页 27 CN 110568619 A 27 图9(e) 图9(f) 图9(g) 说明书附图 17/18 页 28 CN 110568619 A 28 图9(h) 说明书附图 18/18 页 29 CN 110568619 A 29 。