[发明专利]沿自由轨迹传输的光束生成方法和系统

说明书

本发明涉及一种沿自由轨迹传输的光束生成方法和系统，步骤包括：生成高斯光束，将高斯光束传输至空间光调制器；于空间光调制器加载预定的目标相位；通过空间光调制器依据目标相位对高斯光束进行直接相位调制，得到调制后沿自由轨迹传输的光束。沿自由轨迹传输的光束生成系统包括：高斯光发射单元和空间光调制器，高斯光发射单元发射高斯光，空间光调制器位于高斯光的传输光路上，空间光调制器加载有预定的目标相位，目标相位对高斯光束进行直接相位调制，得到调制后沿自由轨迹传输的光束。该方法具有高效、灵活的优点，而且该光束也具有无衍射、自愈等奇异特性，光束在自由空间中沿自由轨迹传输的实现，极大地满足人们对自由操纵光束的渴望。

技术领域

本发明涉及光学技术及光场调控领域，特别是涉及一种沿自由轨迹传输的光束生成方法和系统。

背景技术

近年来，艾里光束引起研究人员广泛关注。它打破了人们对光在平直时空中沿直线传播的固有认识，即该光束能在无外场的情况下在自由空间沿弯曲轨迹传输。艾里光束是最早发现的自加速光束，具有无衍射、自愈、自加速(自弯曲)等奇异特性，使得其在众多领域有着独特的应用价值和前景，如微粒操纵、时空光子弹、自会聚光束、弯曲等离子体、超分辨成像等领域。譬如在军事领域，可形成无衍射无损耗的光子弹沿弯曲轨迹打击掩体后面的目标；在生物医学领域，可以形成光束“镊子”绕过障碍物将细胞体或药物粒子等输送到指定区域。因此，操纵光波按预定的轨迹传输具有极大的应用价值，是科学家一直的追求梦想。

然而，自加速艾里光束传输轨迹缺乏灵活性，总是沿单一的抛物曲线传输，无法实现按照任意自定义的轨迹自由传输，极大地限制了其应用范围。

发明内容

基于此，有必要针对光束轨迹操纵技术局限的问题，提供一种沿自由轨迹传输的光束生成方法和系统。

一种沿自由轨迹传输的光束生成方法，包括步骤：

生成高斯光束，并将所述高斯光束传输至空间光调制器；

于所述空间光调制器加载预定的目标相位；

通过所述空间光调制器依据所述目标相位对所述高斯光束进行直接相位调制，得到调制后沿自由轨迹传输的光束。

在其中一个实施例中，所述目标相位通过相位叠加原理进行相位叠加得到。

在其中一个实施例中，所述目标相位满足函数：

其中，x，z分别代表横向、纵向坐标，λ为工作波长，代表最终的目标相位，代表第i段曲线x_i＝f_i(z)所对应的相位。

在其中一个实施例中，还包括步骤：接收调制后的所述沿自由轨迹传输的光束进行图像放大显示。

在其中一个实施例中，所述空间光调制器为反射式光调制器，调制后的所述沿自由轨迹传输的光束经反射后进行图像放大显示。

在其中一个实施例中，还包括步骤：对生成的高斯光束进行准直和扩束后传输至所述空间光调制器。

一种沿自由轨迹传输的光束生成系统，包括：

高斯光发射单元，用于发射高斯光；

空间光调制器，位于高斯光的传输光路上，所述空间光调制器加载有预定的目标相位，依据所述目标相位对所述高斯光束进行直接相位调制，得到调制后沿自由轨迹传输的光束。

在其中一个实施例中，所述空间光调制器为反射式空间光调制器，所述反射式空间光调制器用于将经所述空间光调制器进行相位调制后的光束反射并进行图像放大显示。

在其中一个实施例中，还包括分束器，位于所述高斯光发射单元和所述空间光调制器之间，用于将所述高斯光束传输至空间光调制器，并改变经所述空间光调制器反射后光束的传输光路，进而实现图像放大显示。