[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

本發明涉及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。該方法有利于靈活定制所需特性的光針焦場。

技術領域

本發明屬于光焦場定制領域，具體涉及一種基于均勻線源輻射場構建任意空間指向，且長度可控的光針焦場的方法。

背景技術

目前激光技術已經廣泛應用于國防、醫療、工業、集成電路等領域，靈活的調控定制激光光焦場，可進一步拓寬其應用領域和應用成效。

矢量光場由于同一時刻在同一波陣面上的不同位置具有不同偏振態分布，其在緊聚焦情況下產生的焦場呈現出新穎特性。2000年，Youngworth K S等首次研究報道徑向場和旋向場的緊聚焦性質，此研究第一次挖掘了矢量光場在緊聚焦領域的新穎性質及潛在的應用，使得矢量光場的研究熱度迅速升高。

光針焦場在一段窄長區域光場強度穩定、集中，其在粒子操縱、加速、光學誘捕和光學加工方面有著廣泛的應用。光針焦場的定制成為重要的研究課題之一，研究產生具有所需特性的光針焦場具有重要現實意義。Wang等人首先提出了利用二元光學元件對徑向CV光束緊聚焦后產生光針的方法。Yu等人提出利用分段均勻線源天線的輻射場實現分段光針的方法。在上述實現光針的公開報道中，發現產生的光針極化方向均沿著縱向(軸向)，方向單一，不能適用于徑向操作，如徑向粒子加速、徑向光學加工等場合，應用領域受到一定局限，且上述方法及現有技術中的其他方法均需要優化聚焦系統的相關參數，當要實現多段光針時，需要冗長的優化過程且缺少靈活性。

發明內容

本發明的目的在于提供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，該方法有利于靈活定制所需特性的光針焦場。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：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。

進一步地，所述4P_i光學聚焦系統兩側光瞳面的入射場相位相差π。

進一步地，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，覽為虛數單位，為輻射場的矢徑，均勻線源的矢量表達式為：