[发明专利]一种高维衍射突变光束产生方法和系统

说明书

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。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

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。