CN115291386B - 一种实现同一光焦斑任意指向直线阵列的方法 - Google Patents
一种实现同一光焦斑任意指向直线阵列的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115291386B CN115291386B CN202211231033.8A CN202211231033A CN115291386B CN 115291386 B CN115291386 B CN 115291386B CN 202211231033 A CN202211231033 A CN 202211231033A CN 115291386 B CN115291386 B CN 115291386B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- line source
- source antenna
- current line
- virtual current
- field
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/0012—Optical design, e.g. procedures, algorithms, optimisation routines
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
Description
【技术领域】
本发明涉及光焦斑阵列生成的技术领域,特别涉及一种基于任意指向电流线源天线的辐射场来实现同一光焦斑任意指向直线阵列的方法。
【背景技术】
波前平面偏振态分布不均匀的新型矢量光场经光学紧聚焦之后可形成光焦斑、光暗斑、光学针等新型光焦场。特定形状的光焦场,比如光焦斑,在高密度存储、粒子加速、光学加工等方面具有广泛的应用潜力。
对于光焦斑的生成,科研人员曾公开报道生成光焦斑的相关方法。例如,NandorBokor等人于2004年报道选择不同的透镜,对径向偏振矢量光场进行紧聚焦产生单个近球形对称的光焦斑;Chen W B等人于2009年报道利用对称振子天线的辐射场来构建球形焦斑的方法,通过控制对称振子的长度,可生成位于光轴的单光焦斑或对称双光焦斑;Chen Z Y等人于2013年报道利用螺旋相位光学元件和环形滤光元件,反向聚焦角向偏振光束产生位于光轴、位置可调的单球形光焦斑;Yu Y Z等人于2019年报道一种利用轴向共线无限短均匀电流线源天线阵列的辐射场来生成位于光轴的同一光焦斑阵列焦场的方法。
在上述生成光焦斑的方法中,能够实现的光焦斑阵元数量有限;且光焦斑均位于Z轴,方向比较单一;部分还需要引入光学元件,优化相关参数;当面对需要径向或任意空间指向的应用场合,上述生成光焦斑的方法存在明显的局限性。鉴于上述存在的问题,本案发明人对该问题进行深入研究,遂有本案产生。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题,在于提供一种实现同一光焦斑任意指向直线阵列的方法,通过该方法有利于灵活定制同一光焦斑的任意指向直线阵列。
本发明是这样实现的:一种实现同一光焦斑任意指向直线阵列的方法,所述方法包括:
所述虚拟电流线源天线电流分布的数学表达式如以下式(1):
进一步的,所述虚拟电流线源天线产生的辐射场,通过采用对虚拟电流线源天线的每个电流辐射单元的辐射场进行积分累加而得到,具体包括如下:
其中:
则求得虚拟电流线源天线辐射场的积分运算如以下式(6):
令:
则虚拟电流线源天线的辐射场写作:
进一步的,根据计算得到的入射场分布,基于德拜衍射积分理论,通过以下式(11)计算获得焦区焦场的分布情况:
通过采用本发明的技术方案,至少具有如下有益效果:
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图2是本发明实施例一中X轴向阵列光焦斑的3D图;
图3为图2的XY面的侧视图;
图4是本发明实施例二中Y轴向阵列光焦斑的3D图;
图5是本发明实施例三中Z轴向阵列光焦斑的3D图;
图6是本发明实施例三中Z轴向焦场的XOZ平面的光强分布图;
图7是本发明实施例四中位于焦平面的非轴向阵列光焦斑的3D图之一;
图8是本发明实施例四中位于焦平面的非轴向阵列光焦斑的3D图之二;
图9是本发明实施例五中空间直线阵列光焦斑的3D图;
图10是本发明实施例六中光瞳面入射场的分布图。
【具体实施方式】
为了更好地理解本发明的技术方案,下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对本发明的技术方案进行详细的说明。
请参阅图1所示,本发明提供一种实现同一光焦斑任意指向直线阵列的方法,所述方法包括:
由两个具有共焦区的物镜建立光学聚焦***;在所述光学聚焦***的共焦区放置虚拟电流线源天线;其中,所述虚拟电流线源天线可任意指向,载波电流相位分布为均匀同相,幅度分布为周期性余弦渐削分布;所述光学聚焦***将所述虚拟电流线源天线产生的辐射场收集并准直到光瞳面;基于时间反演技术,反转所述虚拟电流线源天线的辐射场求得光瞳面的入射场;将所述入射场从所述光学聚焦***两侧的光瞳面入射,经所述光学聚焦***传播并在共焦区汇集,从而形成期望的同一光焦斑直线阵列;其中,从所述光学聚焦***两侧光瞳面入射的所述入射场的相位相差180°。
本发明方法综合天线辐射理论、时间反演技术以及矢量光场的紧聚焦理论,通过设计虚拟电流线源天线可任意指向,载波电流相位分布为均匀同相,幅度分布为周期性余弦渐削分布,周期数为;同时利用搭建的光学聚焦***将虚拟电流线源天线的辐射场收集并准直到光瞳面,再将辐射场反转并用相对相移从光学聚焦***两侧光瞳面向焦区传播,从而形成期望的同一光焦斑直线阵列。因此,通过本发明方法有利于灵活定制同一光焦斑的任意指向直线阵列,且定制出的同一光焦斑的任意指向直线阵列具有广泛的应用潜力;同时本发明方法是无需优化的,且构建出的光焦斑轮廓相似,直线阵列方向可指定,阵元数目可定制,阵元间距可调整。
现对本发明方法的具体实施步骤进行详细介绍:
(2)设计虚拟电流线源天线
在本发明方法中,所述虚拟电流线源天线可任意指向,载波电流相位分布为均匀同相,幅度分布为周期性余弦渐削分布,虚拟电流线源天线的电流分布的数学表达式如以下式(1):
(3)求解虚拟电流线源天线的辐射场
步骤(2)所设计的虚拟电流线源天线的辐射场,可对其每个微小的电流辐射单元的辐射场进行积分累加而得到;具体包括如下:
其中:
为自由空间导磁率,为相移常数,为角频率,为辐射场点到电流辐射单元的几何距离;为辐射场观测点的球坐标,、、为球坐标的单位矢量,因电流辐射单元的辐射场只有、分量,分量为0,故在以上式(2)-式(4)中未体现该分量;为电流辐射单元所在空间指向的单位矢量;
则求得虚拟电流线源天线辐射场的积分运算如以下式(6):
令:
则虚拟电流线源天线的辐射场写作:
(4)时间反演技术,反转虚拟电流线源天线的辐射场求得光瞳面的入射场
本发明在具体实施时,入射场可以利用空间光调制技术和微纳光信息调控的新型超表面技术来加工实现。
(5)利用德拜衍射积分理论,计算焦区的焦场分布
下面举实施例来证实本发明所提方法的有效性和灵活性。
实施例一:X轴向阵列光焦斑的产生
实施例二:Y轴向阵列光焦斑的产生
实施例三:Z轴向阵列光焦斑的产生
实施例四:位于焦平面的非轴向阵列光焦斑的产生
实施例五:任意指向直线阵列光焦斑的产生
实施例六:光瞳面入射场分布
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解,我们所描述的具体的实施例只是说明性的,而不是用于对本发明的范围的限定,熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化,都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (4)
1.一种实现同一光焦斑任意指向直线阵列的方法,其特征在于:所述方法包括:
所述虚拟电流线源天线电流分布的数学表达式如以下式(1):
2.如权利要求1所述的一种实现同一光焦斑任意指向直线阵列的方法,其特征在于:所述虚拟电流线源天线产生的辐射场,通过采用对虚拟电流线源天线的每个电流辐射单元的辐射场进行积分累加而得到,具体包括如下:
其中:
则求得虚拟电流线源天线辐射场的积分运算如以下式(6):
令:
则虚拟电流线源天线的辐射场写作:
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211231033.8A CN115291386B (zh) | 2022-10-10 | 2022-10-10 | 一种实现同一光焦斑任意指向直线阵列的方法 |
PCT/CN2023/086877 WO2024077896A1 (zh) | 2022-10-10 | 2023-04-07 | 一种实现同一光焦斑任意指向直线阵列的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211231033.8A CN115291386B (zh) | 2022-10-10 | 2022-10-10 | 一种实现同一光焦斑任意指向直线阵列的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115291386A CN115291386A (zh) | 2022-11-04 |
CN115291386B true CN115291386B (zh) | 2023-02-24 |
Family
ID=83819294
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211231033.8A Active CN115291386B (zh) | 2022-10-10 | 2022-10-10 | 一种实现同一光焦斑任意指向直线阵列的方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115291386B (zh) |
WO (1) | WO2024077896A1 (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115291386B (zh) * | 2022-10-10 | 2023-02-24 | 泉州师范学院 | 一种实现同一光焦斑任意指向直线阵列的方法 |
CN116224613B (zh) * | 2023-05-08 | 2023-07-21 | 泉州师范学院 | 一种任意自旋指向超衍射极限光焦斑的实现方法 |
CN117741964B (zh) * | 2024-02-07 | 2024-05-03 | 泉州师范学院 | 一种超分辨无衍射横向偏振光针的产生方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106695117A (zh) * | 2017-02-13 | 2017-05-24 | 武汉澳谱激光科技有限公司 | 一种实现轴向均匀线焦斑的光学器件 |
CN109188687A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-01-11 | 泉州师范学院 | 一种利用平面天线阵的辐射场产生二维同一焦斑阵列的方法 |
CN109375368A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-02-22 | 泉州师范学院 | 一种基于空间偶极子阵的三维多焦斑阵列的产生方法 |
CN109976065A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-05 | 泉州师范学院 | 基于旋转场天线的辐射场产生可旋转光学焦场的方法 |
CN112558297A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-26 | 泉州师范学院 | 基于均匀线源辐射场产生任意空间指向光针焦场的方法 |
CN112946883A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-06-11 | 泉州师范学院 | 一种产生横向光针平面阵的方法 |
CN112946881A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-06-11 | 泉州师范学院 | 一种产生任意指向光针立体阵的方法 |
CN112946882A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-06-11 | 泉州师范学院 | 一种空间指向和长度可定制的光管焦场产生方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008144677A1 (en) * | 2007-05-18 | 2008-11-27 | The Regents Of The University Of Michigan | Apparatus for sub-wavelength near-field focusing of electromagnetic waves |
CN115291386B (zh) * | 2022-10-10 | 2023-02-24 | 泉州师范学院 | 一种实现同一光焦斑任意指向直线阵列的方法 |
-
2022
- 2022-10-10 CN CN202211231033.8A patent/CN115291386B/zh active Active
-
2023
- 2023-04-07 WO PCT/CN2023/086877 patent/WO2024077896A1/zh unknown
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106695117A (zh) * | 2017-02-13 | 2017-05-24 | 武汉澳谱激光科技有限公司 | 一种实现轴向均匀线焦斑的光学器件 |
CN109188687A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-01-11 | 泉州师范学院 | 一种利用平面天线阵的辐射场产生二维同一焦斑阵列的方法 |
CN109375368A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-02-22 | 泉州师范学院 | 一种基于空间偶极子阵的三维多焦斑阵列的产生方法 |
CN109976065A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-05 | 泉州师范学院 | 基于旋转场天线的辐射场产生可旋转光学焦场的方法 |
CN112558297A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-26 | 泉州师范学院 | 基于均匀线源辐射场产生任意空间指向光针焦场的方法 |
CN112946883A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-06-11 | 泉州师范学院 | 一种产生横向光针平面阵的方法 |
CN112946881A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-06-11 | 泉州师范学院 | 一种产生任意指向光针立体阵的方法 |
CN112946882A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-06-11 | 泉州师范学院 | 一种空间指向和长度可定制的光管焦场产生方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2024077896A1 (zh) | 2024-04-18 |
CN115291386A (zh) | 2022-11-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN115291386B (zh) | 一种实现同一光焦斑任意指向直线阵列的方法 | |
CN115359944B (zh) | 一种实现任意空间指向光链焦场的方法 | |
CN112946882B (zh) | 一种空间指向和长度可定制的光管焦场产生方法 | |
CN109188687B (zh) | 一种利用平面天线阵的辐射场产生二维同一焦斑阵列的方法 | |
CN109976065B (zh) | 基于旋转场天线的辐射场产生可旋转光学焦场的方法 | |
CN112147721B (zh) | 偏振阶数可调且可连续变焦的柱矢量光束透镜及构造方法 | |
CN105589203B (zh) | 产生径向偏振阵列光束的方法及装置 | |
Orlov et al. | Complex source beam: A tool to describe highly focused vector beams analytically | |
CN112130231B (zh) | 产生偏振阶数可调的柱矢量光束的超表面***及构造方法 | |
CN116009240B (zh) | 将一维入射转换为二维光路的转镜反射面设置方法及装置 | |
CN109343290A (zh) | 一种基于共线天线阵辐射理论构建可控的光针阵列方法 | |
CN113759575A (zh) | 一种调控焦场时空波包轨道角动量旋转轴指向的方法 | |
CN112558297B (zh) | 基于均匀线源辐射场产生任意空间指向光针焦场的方法 | |
CN112946883B (zh) | 一种产生横向光针平面阵的方法 | |
CN112946881B (zh) | 一种产生任意指向光针立体阵的方法 | |
CN116165792B (zh) | 一种产生携带任意指向轨道角动量涡旋焦场的方法 | |
CA1179539A (en) | Waveguide for laser beams | |
CN117031767A (zh) | 一种用于产生具有规定特性的空间双螺旋焦场的方法 | |
CN113504642B (zh) | 一种具有多中空的紧聚焦光场分布构造方法 | |
CN109375368B (zh) | 一种基于空间偶极子阵的三维多焦斑阵列的产生方法 | |
CN109783888B (zh) | 一种多维可控的光致针形磁化场的生成方法 | |
CN117724244B (zh) | 一种多自由度可控高度局域光环直线阵列焦场的构建方法 | |
CN112034627B (zh) | 一种基于doe的聚焦圆环光斑产生方法和*** | |
CN117741964B (zh) | 一种超分辨无衍射横向偏振光针的产生方法 | |
CN113900262A (zh) | 一种基于广义涡旋光束的超颖表面设计方法及制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |