[发明专利]一种采用轴棱锥相位分布和方位角随机调制产生无衍射散斑的方法及其实现装置

权利要求书

1.一种采用轴棱锥相位分布和方位角随机调制产生无衍射散斑的方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)生成包含轴棱锥相位分布和方位角随机调制的合成膜片相位分布；将合成膜片相位分布生成产生无衍射散斑的与合成膜片相位分布相对应的二元全息图；

(2)将合成膜片相位分布或与合成膜片相位分布相对应的二元全息图作为输入信号，直接编码写入空间光调制器；

(3)用准直激光束照射空间光调制器，得到无衍射散斑。

2.根据权利要求1所述的一种采用轴棱锥相位分布和方位角随机调制产生无衍射散斑的方法，其特征在于，所述步骤(1)，生成包含轴棱锥相位分布和方位角随机调制的合成膜片相位分布的透过率函数T(ρ，φ_n)如式(I)所示：

式(I)中，(ρ，φ_n)为极坐标，合成膜片相位分布的中心O为极点，所对应的二维空间坐标系x-O-y中的x轴正向，即射线Ox为极轴，ρ为极坐标系的极径，φ_n为极角，即合成膜片相位分布的方位角，ρ为极径与极轴Ox的夹角；

按方位角随机调制的相位透过率函数A(φ_n)＝exp[j2πrandom(φ_n)]，实现基于方位角的0～2π的随机相位调制；φ_n＝n2π/N，n＝1，2，...，N，将0-2π区域等分为N等份，N为方位角等分参数，取正整数，random(φ_n)表示当离散方位角变量n从1到N变化时所对应的随机数分布，实现每一等份0～2π的随机相位调制；

exp(-j2πρ/ρ₀)实现轴棱锥相位的分布函数，ρ₀为轴棱锥的梯度常数，ρ₀＝qΔ，q为轴棱锥参数，取正整数，Δ为空间光调制器的每个像元大小，j指虚数单位；

R为合成膜片相位分布的孔径大小，R＝MΔ/2，M为空间光调制器的窄边像元数目。

3.根据权利要求1所述的一种采用轴棱锥相位分布和方位角随机调制产生无衍射散斑的方法，其特征在于，所述步骤(1)，利用准直激光束照明空间光调制器中显示的合成膜片相位分布或与合成膜片相位分布相对应的二元全息图，所得无衍射散斑场的复振幅分布如式(II)所示：

式(II)中，E(x，y，z；t)为无衍射散斑场的复振幅分布，(x，y，z)为笛卡尔空间坐标系，t为时间，j为虚数单位，α为波矢在x-o-y面的投影，β为波矢沿z轴方向的投影，满足α²+β²＝k²，k＝2π/λ，λ为相干光源的波长，ω为光的角频率；

δφ＝2π/N，为对方位角进行N等分时每一份的角度大小；

当N→∞时，如式(II)与Dumin提出的自由空间标量波动方程的特解相同，即为无衍射散斑场。

4.权利要求1-3任一所述的一种采用轴棱锥相位分布和方位角随机调制产生无衍射散斑的方法的实现装置，其特征在于，包括依次连接的相干光源、照明光路、空间光调制器、空间滤波系统、探测单元、系统控制与信号处理单元，所述系统控制与信号处理单元还连接所述空间光调制器；

所述相干光源用于：实现装置的照明；

所述照明光路用于：产生满足空间所述光调制器实现调制功能的准直激光束；

所述空间光调制器用于：显示合成膜片相位分布和与合成膜片相位分布相对应的二元全息图；

所述空间滤波系统用于：滤出合成膜片相位分布或与合成膜片相位分布相对应的二元全息图的傅里叶频谱的+1级或-1级；

所述探测单元用于：用于探测、观察和记录无衍射散斑场，并读出探测距离；

所述系统控制与信号处理单元用于：控制将生成的合成膜片相位分布或与合成膜片相位分布相对应的二元全息图写入所述空间光调制器；还控制所述探测单元记录并处理所采集的图像、数据，分析无衍射散斑场的特性。