[发明专利]一种基于共线天线阵辐射理论构建可控的光针阵列方法

权利要求书

1.一种基于共线天线阵辐射理论构建可控的光针阵列方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：采用两个高数值孔径透镜组成4π聚焦系统；

步骤S2：在步骤S1的4π聚焦系统中，以其焦点为中心并沿z轴放置一虚拟共线天线阵；

步骤S3：所述虚拟共线天线阵从4π聚焦系统焦点向外辐射电场，其电场由两个高数值孔径物镜收集并传播到透镜的光瞳平面上，并通过求解逆向问题推导出光瞳平面上的场分布

步骤S4：以光瞳平面上的场分布作为光瞳平面处的入射光场，反向聚焦到4π聚焦系统的焦点处，在焦区附近得到具有预定特性的光针阵列；

步骤S2中，所述虚拟共线天线阵由N个阵元构成，并沿z轴排列，每个阵元上的电流分布和方向均相同；若第n个阵元以z＝z_n为中心，长度为l_n，并且在其长度上的归一化电流分布为i(z')和输入电流为I_n，则虚拟共线阵中第n个阵元的辐射场为：

式中，θ表示从z轴测量的辐射角，β＝2π/λ，λ为波长；式(1)是电流分布辐射方向图和激励电流的幅度与相位的乘积，最后一项因子表示相对于原点的空间相差；

步骤S3中，所述虚拟共线天线阵从4π聚焦系统焦点向外辐射的电场，即虚拟共线天线阵的远区电场的表达式为：

式中，C＝jωμexp(-jβr)/4πr，θ表示从z轴测量的辐射角，是沿θ方向的单位矢量，ω表示圆频率，μ表示磁导率，r表示光瞳平面的径向坐标；

当每个阵元上的电流分布是均匀恒定时，即I_n＝I₀，i(z')＝1，则虚拟共线天线阵的远区电场表达式为：

步骤S3中，通过求解逆向问题推导出光瞳平面上的场分布具体为：设所述高数值孔径透镜满足亥姆霍兹条件r＝f tanθ，其中r和f分别表示光瞳平面中的径向坐标和透镜的焦距，则由此条件给出切趾函数于是，光瞳平面上的场分布由下式计算得到：

步骤S4中，焦区附近的光针阵列的电场分布由Richards-Wolf矢量衍射积分公式计算得到：

式中，A为幅度常数，E_r(r,z)和E_z(r,z)分别是观察点处的径向场和纵向场分量，θ_max表示透镜的最大辐射角，J₁(krsinθ)表示一阶贝塞尔函数，J₀(krsinθ)表示零阶贝塞尔函数，k表示波数。