[發(fā)明專利]基于G-S算法產(chǎn)生艾里光束的裝置及其方法

有效

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• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107329274B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任志君;劉士陽;鄧淑玉
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B27/46
• 代理公司: 寧波甬致專利代理有限公司 33228
• 代理人: 徐亞芬

1.一種基于G-S算法產(chǎn)生艾里光束的裝置，其特征在于：包括激光發(fā)生器(10)、濾波系統(tǒng)(11)、擴(kuò)束系統(tǒng)(12)、分光棱鏡(13)、空間光調(diào)制器(14)、傅里葉變換透鏡(15)、電腦(17)及CCD圖像接收器(16)；所述的激光發(fā)生器(10)發(fā)出的高斯光經(jīng)所述的濾波系統(tǒng)(11)和所述的擴(kuò)束系統(tǒng)(12)后得到平行光；所述的平行光通過所述的分光棱鏡(13)反射形成反射光信號，所述的反射光信號被所述的空間光調(diào)制器(14)調(diào)制，形成調(diào)制光信號回經(jīng)所述的分光棱鏡(13)，再經(jīng)所述的分光棱鏡(13)透射進(jìn)入所述的傅里葉變換透鏡(15)，所述的空間光調(diào)制器(14)通過加載相位G-S算法迭代得到相位分布；所述的電腦(17)加載相位信息用于控制所述的空間光調(diào)制器(14)；所述的傅里葉變換透鏡(15)用于在輸出面得到艾里光束；所述的CCD圖像接收器(16)用于記錄所述的艾里光束；經(jīng)所述的分光棱鏡(13)透射的所述的調(diào)制光信號入射到所述的傅里葉變換透鏡(15)后，通過所述的傅里葉變換透鏡(15)進(jìn)行傅里葉變化處理，在所述的輸出面得到所述的艾里光束。

2.一種基于G-S算法產(chǎn)生艾里光束的方法，包括以下步驟：

S1、通過電腦(17)根據(jù)G-S算法構(gòu)造艾里光束相位板；

S2、通過激光發(fā)生器(10)發(fā)出高斯光，并使所述高斯光經(jīng)濾波系統(tǒng)(11)和擴(kuò)束系統(tǒng)(12)后得到平行光；

S3、讓所述的平行光通過分光棱鏡(13)分成反射光信號和透射光信號，并令所述的反射光信號進(jìn)入空間光調(diào)制器(14)，且經(jīng)所述的空間光調(diào)制器(14)反射后，經(jīng)所述的分光棱鏡(13)進(jìn)入傅里葉變換透鏡(15)；

S4、在所述的空間光調(diào)制器(14)中加載由所述的電腦(17)構(gòu)造的艾里光束相位板，隨后對所述的反射光信號進(jìn)行調(diào)制，使所述的反射光信號形成調(diào)制光信號而回射經(jīng)所述的分光棱鏡(13)透射至所述的傅里葉變換透鏡(15)；

S5、所述的傅里葉變換透鏡(15)將所述的調(diào)制光信號進(jìn)行傅里葉變化后，在輸出面得到艾里光束。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于G-S算法產(chǎn)生艾里光束的方法，其特征在于：在所述的步驟S5后還包括：

步驟S6、CCD圖像接收器(16)接收所述的傅里葉變換透鏡輸出的光束，記錄艾里光束。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于G-S算法產(chǎn)生艾里光束的方法，其特征在于：在步驟S1中，根據(jù)G-S算法構(gòu)造艾里光束相位板的方法，具體包括以下步驟：

S11、任意給定隨機(jī)初始相位(1)，假定其相位分布為φ；

S12、輸入初始復(fù)振幅函數(shù)(2)；已知基模激光器出射光束的振幅分布為：

其中，E₀為入射光振幅，w₀為束腰寬度，z為任一波前距離束腰的距離，w(z)為激光任意波前的半高全寬；取輸入函數(shù)的振幅

與所述步驟S11給定的初始相位φ結(jié)合而成新的函數(shù)

g(x,y)即為輸入初始復(fù)振幅函數(shù)(2)；

S13、初始復(fù)振幅函數(shù)(2)進(jìn)行傅里葉變換(3)，得到輸出面的新函數(shù)(4)，新函數(shù)(4)為；

G＝|G|exp(iψ)

取其相位分布ψ；

S14、構(gòu)造遠(yuǎn)場限制條件變換后函數(shù)；已知出射目標(biāo)光束為艾里振幅分布，即

其中，Airy代表艾里函數(shù)；將艾里振幅分布

與相位分布ψ結(jié)合成新的函數(shù)

即為遠(yuǎn)場限制條件(5)變換后的函數(shù)(6)，本步驟的公式中，ξ和η分別為橫、縱坐標(biāo)變量；ξ₀和η₀為常數(shù)，決定了艾里光束主錘的尺寸；

步驟S15、對遠(yuǎn)場限制條件變換后的函數(shù)(6)進(jìn)行反傅里葉變換(7)，反傅里葉變換后得到輸入面的新函數(shù)(8)為

h＝|h|exp(iφ)

取其相位分布φ；

步驟S16、加入近場限制條件(9)，即將函數(shù)(8)得到的相位分布φ與初始振幅結(jié)合成新的輸入函數(shù)，得到的復(fù)振幅函數(shù)為下一次循環(huán)的初始復(fù)振幅函數(shù)(2)；

S17、重復(fù)上述步驟S11至步驟S16，逐次逼近，直到得到的相位分布能夠產(chǎn)生目標(biāo)艾里光束。