[发明专利]一种三维目标光场强度重构的方法

说明书

本发明公开了一种三维目标光场强度重构的方法，其核心在于初始源平面上光束的特性形式关联结构中的参数与目标焦场强度分布的对于关系，反演出关联结构分布，通过关联结构达到精确控制光束在沿光轴传输过程中多点聚焦的三维空间位置，在焦场处形成需要的三维结构分布。本发明可以对光束在传输过程中多焦点的聚焦位置进行精确控制，进而获得需要的焦场强度分布。

技术领域

本发明涉及光束焦场强度调控技术，具体涉及一种三维目标光场强度重构的方法。

背景技术

在过去的十年中，如何去设计和调控部分相干光的关联结构受到了广泛关注，其中非均匀关联光束由于其特殊的自聚焦特性，使得这种特殊关联光束在大气湍流、海洋湍流等随机介质中具有更低的闪烁特性获得更高的光强引起人们的兴趣。不同与均匀关联光束，这种非均匀关联结构使得光学系统必须是具有对光束进行高阶傅立叶形式变换，这种光学系统可以通过空间光调制器模拟。

光束焦场强度的调控可广泛应用于研究囚禁原子的反铁磁和顺磁性质，偏振梯度冷却与囚禁的动力学，Raman冷却和绝热冷却，波包动力学、量子传输与隧道效应以及光通过原子光学晶格的Bragg衍射等。同时，光学点阵还可以应用于高密度存储、材料热加工以及生物等领域。光束焦场强度控制的广泛应用前景，使如何灵活产生合适的焦场强度分布具有很高的实用价值。

在近几十年中，对于焦场强度分布的光学三维重构大多是通过计算全息的方式实现，然而这一方法需要复杂的循环计算，并且存在结果往往存在较多的干涉杂斑，在一定程度上限制了其应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维目标光场强度重构的方法，操控光束向不同的位置多点聚焦，通过多个焦点组成需要的焦场强度三维空间分布。

实现本发明目的的技术方案为：一种三维目标光场强度重构的方法，利用目标三维空间强度分布与部分相干光束的高阶非均匀关联和谢尔模型关联结构对应关系，反演出具体空间关联结构，通过该关联结构来实现目标光场强度的重构；首先对三维目标空间结构进行点的离散化，形成离散空间位置(x_n,y_n,z_n)集合；在源场处产生具有关联特性关联结构的光束，具有该关联特性的光束可在自由传输过程中自聚焦，在焦场产生任意三维结构的光强分布，其中焦斑中心空间坐标就是目标离散点集合(x_n,y_n,z_n)，(x_n,y_n,z_n)与关联结构中的参数v_xn、v_yn、v_zn存在对应关系，即：x_n＝z_nv_xn，y_n＝z_nv_yn，由此给出完整的关联结构形式；最后经过自由空间传输通过离散焦点的重构出三维目标分布；其中w₀表示光束宽度，r₁＝(x₁,y₁)，r₂＝(x₂,y₂)表示源平面上两点的位置矢量，σ₁和σ₂分别表示谢尔模型关联和高阶非均匀关联的关联宽度，k是光束波数，v_xn、v_yn、v_zn是可调控的三个位移参数，分别调控光场焦点三维坐标位，N表示焦点个数，F_n表示不同焦点的强度密度分布。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：本发明对需要的焦场强度分布分解成独立的点的集合，通过部分相干光束关联结构中的可调参数v_xn、v_yn、v_zn与焦斑中心空间坐标(x_n,y_n,z_n)的对应关系，可以对光束在传输过程中多焦点的聚焦位置进行精确控制，进而获得需要的焦场强度分布。

附图说明