[发明专利]基于G-S算法产生艾里光束的装置及其方法

权利要求书

1.一种基于G-S算法产生艾里光束的装置，其特征在于：包括激光发生器(10)、滤波系统(11)、扩束系统(12)、分光棱镜(13)、空间光调制器(14)、傅里叶变换透镜(15)、电脑(17)及CCD图像接收器(16)；所述的激光发生器(10)发出的高斯光经所述的滤波系统(11)和所述的扩束系统(12)后得到平行光；所述的平行光通过所述的分光棱镜(13)反射形成反射光信号，所述的反射光信号被所述的空间光调制器(14)调制，形成调制光信号回经所述的分光棱镜(13)，再经所述的分光棱镜(13)透射进入所述的傅里叶变换透镜(15)，所述的空间光调制器(14)通过加载相位G-S算法迭代得到相位分布；所述的电脑(17)加载相位信息用于控制所述的空间光调制器(14)；所述的傅里叶变换透镜(15)用于在输出面得到艾里光束；所述的CCD图像接收器(16)用于记录所述的艾里光束；经所述的分光棱镜(13)透射的所述的调制光信号入射到所述的傅里叶变换透镜(15)后，通过所述的傅里叶变换透镜(15)进行傅里叶变化处理，在所述的输出面得到所述的艾里光束。

2.一种基于G-S算法产生艾里光束的方法，包括以下步骤：

S1、通过电脑(17)根据G-S算法构造艾里光束相位板；

S2、通过激光发生器(10)发出高斯光，并使所述高斯光经滤波系统(11)和扩束系统(12)后得到平行光；

S3、让所述的平行光通过分光棱镜(13)分成反射光信号和透射光信号，并令所述的反射光信号进入空间光调制器(14)，且经所述的空间光调制器(14)反射后，经所述的分光棱镜(13)进入傅里叶变换透镜(15)；

S4、在所述的空间光调制器(14)中加载由所述的电脑(17)构造的艾里光束相位板，随后对所述的反射光信号进行调制，使所述的反射光信号形成调制光信号而回射经所述的分光棱镜(13)透射至所述的傅里叶变换透镜(15)；

S5、所述的傅里叶变换透镜(15)将所述的调制光信号进行傅里叶变化后，在输出面得到艾里光束。

3.根据权利要求2所述的基于G-S算法产生艾里光束的方法，其特征在于：在所述的步骤S5后还包括：

步骤S6、CCD图像接收器(16)接收所述的傅里叶变换透镜输出的光束，记录艾里光束。

4.根据权利要求2或3所述的基于G-S算法产生艾里光束的方法，其特征在于：在步骤S1中，根据G-S算法构造艾里光束相位板的方法，具体包括以下步骤：

S11、任意给定随机初始相位(1)，假定其相位分布为φ；

S12、输入初始复振幅函数(2)；已知基模激光器出射光束的振幅分布为：

其中，E₀为入射光振幅，w₀为束腰宽度，z为任一波前距离束腰的距离，w(z)为激光任意波前的半高全宽；取输入函数的振幅

与所述步骤S11给定的初始相位φ结合而成新的函数

g(x,y)即为输入初始复振幅函数(2)；

S13、初始复振幅函数(2)进行傅里叶变换(3)，得到输出面的新函数(4)，新函数(4)为；

G＝|G|exp(iψ)

取其相位分布ψ；

S14、构造远场限制条件变换后函数；已知出射目标光束为艾里振幅分布，即

其中，Airy代表艾里函数；将艾里振幅分布

与相位分布ψ结合成新的函数

即为远场限制条件(5)变换后的函数(6)，本步骤的公式中，ξ和η分别为横、纵坐标变量；ξ₀和η₀为常数，决定了艾里光束主锤的尺寸；

步骤S15、对远场限制条件变换后的函数(6)进行反傅里叶变换(7)，反傅里叶变换后得到输入面的新函数(8)为

h＝|h|exp(iφ)

取其相位分布φ；

步骤S16、加入近场限制条件(9)，即将函数(8)得到的相位分布φ与初始振幅结合成新的输入函数，得到的复振幅函数为下一次循环的初始复振幅函数(2)；

S17、重复上述步骤S11至步骤S16，逐次逼近，直到得到的相位分布能够产生目标艾里光束。