[发明专利]一种广义Thue-Morse波带片的构造方法及波带片

说明书

本发明公开了一种广义Thue‑Morse波带片的构造方法及波带片，属于光电技术领域，解决了宽光谱照明下成像像差、轴向焦点强度遇障碍物之后自恢复性能较差的问题。一种广义Thue‑Morse波带片的构造方法，包括以下步骤：以S₀＝A作为初始序列元素，以A→AⁿB^m作为序列元素的替代方式，S₁＝AⁿB^m，在S₁的基础上以A→AⁿB^m、B→B^mAⁿ作为序列元素的替换方式，得到S₂＝(AⁿB^m)ⁿ(B^mAⁿ)^m，n、m均为正整数，S_n‑1的基础上以A→AⁿB^m、B→B^mAⁿ作为序列元素的替换方式，得到S_n，所述n≥3将第i级Thue‑Morse二值序列的序列元素，由内向外依次投射到具有一定半径的圆面上，序列元素中的每一个字母对应圆面上的一个环带，构造出相应的波带片，i≥1。构造出的波带片具有较小的成像像差和较好自恢复性能。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其是涉及一种广义Thue-Morse波带片的构造方法及波带片。

背景技术

在光子学技术中衍射光学元件相对于几何光学元件(如：折射棱镜，棱锥等)显 得更加灵活。除此以外，衍射光学元件还可以解决传统几何光学元件不能解决的难题。 由透明和不透明的环带交替构成的菲涅尔波带片在轴向产生一个主焦点，这种波带片在 许多科研领域有着非常重要的应用，如太赫兹断层成像、软X射线显微技术、光刻技 术、光学数据读写技术、光镊技术等；尽管这种传统的波带片仍然被广泛应用，但是该 类型波带片具有一定的局限性，例如，该波带片沿轴向具有单一的主焦点以及相对较大 的像差。近年来，许多非周期性的数学序列被用来设计具有特殊衍射特性的新型波带片， 例如，分形波带片(Fractal ZonePlates),Fibonacci波带片以及Thue-Morse波带片等。

尽管基于分形康托尔集设计产生的分形波带片沿轴向具有多个焦点并且能够减小 白光照明下的像差，但是该类波带片沿轴向的焦点具有不同的光强，这种特性使得该类型波带片在光镊技术应用领域存在一定的局限性。

基于非周期性的斐波那契数学序列设计产生的斐波那契波带片沿轴向具有两个强 度相等的主焦点，但是这两个主焦点不具有自相似特性且每个主焦点附近不存在次焦点，该类波带片在宽带照明以及三维光镊技术应用领域存在局限；除此以外，基于 Thue-Morse数学序列设计产生的非周期性波带片沿轴向不仅具有两个自相似的主焦点 而且每个焦点的焦深较大，另外，在每个主焦点附近均有对称分布的次焦点，Thue-Morse 波带片具有分形波带片与斐波那契波带片的共同优点，该类型波带片不仅可以用来减小 成像像差而且可以应用到光镊技术领域；但是Thue-Morse波带片轴向主焦点强度相对 较小，对微粒的稳定捕获存在一定影响；考虑到宽带照明下的成像像差，在光学微操作 领域稳定捕获微粒，具有较好自恢复性能，有必要设计一种沿轴向具有多个强度大且相 等的主焦点以及多个次焦点的波带片。

发明内容

本发明的目的在于至少克服上述一种技术不足，提出一种广义Thue-Morse波带片的构造方法及波带片。

一方面，本发明提供了广义Thue-Morse波带片的构造方法，包括以下步骤：