[發明專利]基于均勻線源輻射場產生任意空間指向光針焦場的方法

有效

• 申請號: 202011472884.2
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112558297B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 曾永西;余燕忠;陳木生;曾崢;黃晗;吳平輝
• 申請（專利權）人: 泉州師范學院
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學俊

1.一種基于均勻線源輻射場產生任意空間指向光針焦場的方法，其特征在于，由兩個共焦的高數值孔徑物鏡建立4P_i光學聚焦系統，在兩個物鏡的公共焦點處放置空間指向可任意調整的虛擬均勻線源天線，所述虛擬均勻線源天線產生的輻射場被兩個物鏡完全匯聚并準直到光瞳面，通過時間反演技術，逆轉虛擬均勻線源天線輻射場求得光瞳面特定分布的入射場；實現所述入射場，從光瞳面入射，經4P_i光學聚焦系統反向傳輸匯聚，在4P_i光學聚焦系統的焦區形成任意空間指向且長度可控的光針焦場；

所述4P_i光學聚焦系統兩側光瞳面的入射場相位相差π；

在4P_i光學聚焦系統的焦點區域建立坐標系統，兩物鏡的光軸為Z軸，通過焦點豎直向上的方向為Y軸，通過焦點與光軸垂直的平面為XOY平面；在焦點處放置一長度為L，電流為I₀，任意空間指向的虛擬均勻線源天線，其中θ₀為均勻線源與Z軸的夾角，為均勻線源在XOY平面的投影與X軸的夾角；

由于輻射源是均勻線源，則其矢量位為：

式中，L和I₀為均勻線源的長度和電流大小，μ₀為導磁率，k為波數，j為虛數單位，為輻射場的矢徑，均勻線源的矢量表達式為：

其中，r′為均勻線源長度變量，為其方向的單位矢量，分別為直角坐標系中X、Y、Z軸的單位矢量，為均勻線源在其輻射場矢徑方向上的投影；

令：

則式(1)可簡寫為：

因為：

則推導式(1)，得到：

令：

則均勻線源的矢量位為：

根據天線輻射場理論，輻射場與矢量位的關系如式(7)：

其中和分別為沿θ和方向的單位矢量；

令：

則：

其中：

同理可得：

其中：

因此，任意空間指向均勻線源的輻射場為：

式中F為與輻射方向圖無關的系數，為視均勻線源為連續陣的陣因子，和分別為均勻線源在和方向的方向圖元因子；

基于光路可逆原理，將虛擬均勻線源天線的輻射場反轉并用相對π相移從瞳孔平面向后傳播到圖像空間；

在歸一化光瞳面上，用于產生此光焦場所需的入射場分布從式(12)計算得到：

其中為入射場在光瞳面上的極坐標；如果高數值孔徑透鏡滿足亥姆霍茲條件，則切趾函數P(θ)為：

則光瞳面的入射場為：

2.根據權利要求1所述的基于均勻線源輻射場產生任意空間指向光針焦場的方法，其特征在于，利用空間光調制技術和基于微納光信息調控的超表面技術實現所述光瞳面的入射場分布。