[發明專利]一種納米球光場的前向零散射調控方法

有效

• 申請號: 202010113105.3
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111404012B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 張允晶;李鵬;竇玉江;何興理;李靈峰
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01S3/094
• 分類號: H01S3/094;H01S3/16
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 馬明渡

一種納米球光場的前向零散射調控方法，假設原光場由入射光和原光學納米球形成，其特征在于：在所述原光場的原光學納米球體系中加入具有光學增益特性的增益納米球作為光學增益介質，并利用光纖泵浦方式激勵該光學增益介質實現增益，且通過調節光纖泵浦的激勵強度來調整光學增益介質增益強度，從而實現光場前向零散射。本發明采用增益補償方式，通過增益與損耗之間的調制關系，進而實現納米球光場的前向散射調控。其特點：一是實現了無源調控方法中無法實現的物體前向零散射；二是可以通過調制增益強度來實現物體的前向零散射，甚至任意方向零散射；三是結構相對簡單，容易實現，效率高且效果好。

技術領域

本發明涉及光場調控技術領域，特別涉及一種納米球光場的前向零散射的調控方法。該方法利用有源增益的方法對散射進行調控，從而達到光場前向零散射的調控目的。

背景技術

散射是指粒子將入射波的能量吸收一部分并且重新輻射到空間的過程。到目前為止，大量的研究致力于研究物體的散射，而散射調控成為了研究的一大熱點，可使用在隱身斗篷，納米天線，醫療，傳感器，光發射器以及光伏器件中，超低散射截面可應用在隱身斗篷以及非侵入式測量中。吸收屏以及反向反射涂層已經應用在天線，飛行器等上面。然而結構復雜性、固有的帶寬限制以及所適合的物體大小對應用提出了較高的要求。

由于光學定理的限制，其前向的散射相較于其他方向較大，Kerker提出了前向散射近似等于零的條件，但是要求物體的參數尺寸要遠小于波長，且磁導率要滿足一定條件。傳統的散射調控分為基于超材料結構的散射調控；基于光學變換的散射調控；基于光柵結構的散射調控；基于光子晶體的散射調控；基于周圍高介電常數結構的散射調控；基于等離基元的散射調控。以上六種散射調控方法在光場調控領域中均屬于無源調控方法。這類調控方法最突出的問題是：因能量守恒原理，除了適用于特征尺寸遠小于波長的具有磁性的球體的KerKer條件外，基于無源系統的散射調制是無法實現前向零散射的調控目標。另外，由于散射方向的改變往往需要通過改變具體的結構，很難滿足散射可調靈活性的要求，調控的效果差。

中國專利CN106950195A于2017年7月14日公開了一件名稱為《基于散射介質的可編程光學元件及光場調控系統和方法》，申請號為201710103303.X的發明專利申請。該申請案為了解決傳動光學元件功能單一、成本高以及調控能力差等問題，采用的技術方案：針對被調控光場依次設置光源擴束模塊、調制模塊、散射介質顯微模塊和探測模塊，并且在調制模塊與探測模塊間設有數據處理模塊。由計算機循環控制空間光調制器調制輸入光場，探測器探測輸出光場，進行數據整形，測得散射介質光學傳輸矩陣，并作為可編程智能光學元件，結合光學相位共軛、相位恢復及散斑重建等方法實現光場調控。顯然，上述技術方案屬于有源調控方法，但存在以下不足：一是為了滿足散射調控的要求，對探測的精度要求高(包括散射強度和散射相位)，很難做到精確探測，特別是加入了輸入光場就很難探測到準確的散射量，所以最終很難做到精確調控；二是由于設置有光源擴束模塊、調制模塊、散射介質顯微模塊、探測模塊和數據處理模塊，結構復雜，制造工藝要求高。

有鑒于此，如何設計一種結構簡單而且調控效果更好的有源散射調控方法是本發明研究的課題。

發明內容

本發明提供一種納米球光場的前向零散射調控方法，其目的是要解決現有技術中有源調控方法結構復雜和調控效果不佳的問題。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種納米球光場的前向零散射調控方法，假設原光場由入射光和原光學納米球形成，其創新在于：

在所述原光場的原光學納米球體系中加入具有光學增益特性的增益納米球作為光學增益介質，并利用光纖泵浦方式激勵該光學增益介質實現增益，且通過調節光纖泵浦的激勵強度來調整光學增益介質增益強度，從而實現光場前向零散射。

上述技術方案中的有關內容解釋如下：