一种高维衍射突变光束产生方法和系统技术方案

本申请涉及一种高维衍射突变光束产生方法和系统，其中，该高维衍射突变光束产生方法包括：获取所述高维衍射突变光束的二维光场分布；计算所述高维衍射突变光束的二维光场与平行光干涉后的形成的光场分布，得到所述高维衍射突变光束的全息图；基于所述全息图，利用平行光束和空间光调制器产生所述高维衍射突变光束。本申请通过将高维衍射突变光束从高维空间投影到二维空间，并利用全息技术产生高维衍射突变光束。通过本申请，解决了相关技术中无法产生高维衍射光束的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高维衍射突变光束产生方法和系统
本申请涉及光学技术及光场调控领域，特别是涉及一种高维衍射突变光束产生方法和系统。
技术介绍
在光学领域中，根据光学突变理论，具有不同阶次的突变会在控制参数空间中生成一个特定的稳定衍射结构，称为衍射突变。按照控制参数空间的维数(顺序递增)可以分为折叠、尖点、燕尾、蝴蝶、椭圆形脐带、双曲线脐带和抛物线脐带7种突变，这7种突变分别对应于七种衍射突变光场结构。例如艾里光束：1979年，Berry等人通过求解薛定谔方程得到了一个艾里波包解，但因为其携带无限能量，在实验上无法产生艾里光束，直到2007年，Siviloglou等人通过加上截趾函数的方法，在实验上产生了艾里光束，取得了重大突破，时至今日，艾里光束由于其自加速，自弯曲、自愈等独特的性质，仍然被许多学者关注和研究，并且在诸多方面都有了应用，如光学微加工、光学操纵和光子弹等。艾里光束的强度分布由艾里函数决定，从突变理论出发，艾里函数的数学形式与突变型中的折迭突变数学结构相同。另一种著名光束，皮尔斯光束，由皮尔斯函数确定，具有传播形式不变的特性，皮尔斯函数的数学形式与突变理论中的尖点突变型相同。上述两种光束都有独特的光场分布和传播特性，未来将有巨大的应用前景。然而，折迭突变型和尖点突变型是相对低阶的突变形式，随着突变型阶数的提高，其复杂程度也随之上升，实验上产生相应的光束的难度也随之增大。高维衍射突变光束具有自加速特性，可以应用于深度成像、光镊、光学微加工以及光波导结构领域，具有良好的应用前景。但现有技术只能产生低维的衍射突变光束，无法产生光场分布函数具有3个以上变量的高维衍射突变光束。针对相关技术中存在无法产生高维衍射光束的问题，目前还没有提出有效的解决方案。
技术实现思路
在本实施例中提供了一种高维衍射突变光束产生方法和系统，以解决相关技术中无法产生高维衍射光束的问题。第一个方面，在本实施例中提供了一种高维衍射突变光束产生方法，包括：获取所述高维衍射突变光束的二维光场分布；计算所述高维衍射突变光束的二维光场与平行光干涉后的形成的光场分布，得到所述高维衍射突变光束的全息图；基于所述全息图，利用平行光束和空间光调制器产生所述高维衍射突变光束。在其中的一些实施例中，所述获取所述高维衍射突变光束的二维光场分布，包括：根据所述高维衍射突变光束的光场分布函数计算得到所述高维衍射突变光束的二维光场分布；其中，所述高维衍射突变光束的光场分布函数保留两个变量。在其中的一些实施例中，所述基于所述全息图，利用平行光束和空间光调制器产生所述高维衍射突变光束包括：将所述全息图输入所述空间光调制器；向所述空间光调制器发射所述平行光束；对所述空间光调制器反射的所述高维衍射突变光束中的零级衍射信息进行过滤。在其中的一些实施例中，所述高维衍射突变光束为蝴蝶光束，所述蝴蝶光束的光场分布函数为：其中，s为状态变量，X、Y、Z和W为空间中的无量纲坐标。在其中的一些实施例中，将所述根据所述高维衍射突变光束的光场分布函数计算得到所述高维衍射突变光束的二维光场分布的过程中，Y和X设为常数。第二个方面，在本实施例中提供了一种高维衍射突变光束产生系统，其特征在于，包括：激光器、准直扩束镜、分光棱镜、空间光调制器和计算装置，所述计算装置与所述空间光调制器连接，所述准直扩束镜设置在所述激光器与所述分光棱镜之间，；所述激光器，用于发出平行光束；所述准直扩束镜，用于接所述平行光束，并对所述平行光束进行准直扩束处理；所述分光棱镜，用于将经过扩束处理的所述平行光束反射至所述空间光调制器的显示面板上；所述计算装置用于：获取所述高维衍射突变光束的二维光场分布；计算所述高维衍射突变光束的二维光场与平行光干涉后的形成的光场分布，得到所述高维衍射突变光束的全息图，并将所述全息图加载至所述空间光调制器；所述空间光调制器，用于基于所述全息图和所述平行光束产生所述高维衍射突变光束。在其中的一些实施例中，所述系统还包括滤波器，所述滤波器用于对所述空间光调制器反射的所述高维衍射突变光束中的零级衍射信息进行过滤。在其中的一些实施例中，所述系统还包括4f系统透镜，所述滤波器设置于所述4f系统透镜的两个透镜之间，所述4f系统透镜用于将产生的所述高维衍射突变光束聚焦。在其中的一些实施例中，所述激光器为He-Ne激光器。在其中的一些实施例中，所述系统还包括CCD和显示器，所述CCD用于接收产生的所述高维衍射突变光束，并将产生的所述高维衍射突变光束传输至所述显示器进行显示。与相关技术相比，本申请提供的一种高维衍射突变光束产生方法和系统，通过将高维衍射突变光束从高维空间投影到二维空间，并利用全息技术，产生了二维的高维衍射突变光束，解决了相关技术中存在无法产生高维衍射光束的问题。本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本申请实施例提供的高维衍射突变光束产生方法的流程图；图2为本申请其中一个实施例提供的高维衍射突变光束产生系统的结构框图；图3为本实施例另一个实施例提供的高维衍射突变光束产生系统的结构框图；图4为本实施例又一个实施例提供的高维衍射突变光束产生系统的结构框图；图5为本申请优选实施例的提供的高维衍射突变光束产生系统的结构框图。具体实施方式为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属
具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块(单元)的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块(单元)，而可包括未列出的步骤或模块(单元)，或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块(单元)。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高维衍射突变光束产生方法，其特征在于，包括：/n获取所述高维衍射突变光束的二维光场分布；/n计算所述高维衍射突变光束的二维光场与平行光干涉后的形成的光场分布，得到所述高维衍射突变光束的全息图；/n基于所述全息图，利用平行光束和空间光调制器产生所述高维衍射突变光束。/n

【技术特征摘要】
1.一种高维衍射突变光束产生方法，其特征在于，包括：
获取所述高维衍射突变光束的二维光场分布；
计算所述高维衍射突变光束的二维光场与平行光干涉后的形成的光场分布，得到所述高维衍射突变光束的全息图；
基于所述全息图，利用平行光束和空间光调制器产生所述高维衍射突变光束。


2.根据权利要求1所述的高维衍射突变光束产生方法，其特征在于，所述获取所述高维衍射突变光束的二维光场分布，包括：
根据所述高维衍射突变光束的光场分布函数计算得到所述高维衍射突变光束的二维光场分布；其中，所述高维衍射突变光束的光场分布函数保留两个变量。


3.根据权利要求1或2所述的高维衍射突变光束产生方法，其特征在于，所述基于所述全息图，利用平行光束和空间光调制器产生所述高维衍射突变光束包括：
将所述全息图输入所述空间光调制器；
向所述空间光调制器发射所述平行光束；
对所述空间光调制器反射的所述高维衍射突变光束中的零级衍射信息进行过滤。


4.根据权利要求2所述的高维衍射突变光束产生方法，其特征在于，所述高维衍射突变光束为蝴蝶光束，所述蝴蝶光束的光场分布函数为：



其中，s为状态变量，X、Y、Z和W为空间中的无量纲坐标。


5.根据权利要求4所述的高维衍射突变光束产生方法，其特征在于，将所述根据所述高维衍射突变光束的光场分布函数计算得到所述高维衍射突变光束的二维光场分布的过程中，Y和X设为常数。


6.一种高维衍射突变光束产生系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕厚安，钱义先，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33