[发明专利]一种自加速光束的控制方法和系统

说明书

本发明提供的一种自加速光束的控制方法和系统，通过建立光强分布与相位的关系，以及光强分布和振幅分布的关系，来获取自加速光束的初始相位和振幅，来对初始光束的相位和振幅进行调制，进而实现对自加速光束轨迹的控制，在保证整个控制过程具有较高精确性的同时，提高了控制效率。

技术领域

本发明涉及光束控制技术领域，特别是涉及一种自加速光束的控制方法和系统。

背景技术

自由空间光束自加速在微观粒子的操纵、高分辨成像、电子加速和等离子产生和控制等多方面有着重要的应用。

但是现有技术中一般是利用几何光学原理，让光线与期望的自加速光束运动轨迹相切，再根据光线传输方向与波面垂直的关系确定初始光束的波前分布。该方法在设计初始光束的波前时只考虑了光束的传输方向，并不能够定量分析传输过程中光强的变化过程，也不能够定量分析初始光束的振幅分布对自加速光束特性的影响。

因此，寻求一种具有控制精度高和控制效率高特点的光束控制方法是本领域亟待解决的一个技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种自加速光束的控制方法和系统，具有控制精度高和控制效率高的特点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种自加速光束的控制方法，包括：

构建实验光束的魏格纳变换，并确定得到实验光束的魏格纳变换与实验光束初始相位间的关系；

根据所得到实验光束的魏格纳变换与实验光束初始相位间的关系，获取所述实验光束的光强分布；

根据所述实验光束的光强分布，获取光强分布和初始相位的关系；

根据所述光场魏格纳函数和所述初始相位，确定得到初始振幅的魏格纳变换；

根据所述初始振幅的魏格纳变换，建立所述光强分布和初始振幅的关系；

获取所述自加速光束的光强分布；

根据所述光强分布和初始相位的关系，获取所述自加速光束的初始相位，并将所述自加速光束的初始相位加载到相位调制器上，对所述自加速光束的相位进行调制；

根据所述光强分布和振幅的关系，获取所述自加速光束的初始振幅，并将所述自加速光束的初始振幅加载到振幅调制器上，对所述自加速光束的振幅进行调制。

可选的，所述构建实验光束的魏格纳变换，并确定得到自由空间内的光场魏格纳函数，包括：

根据所述实验光束的初始振幅，获取所述实验光束的魏格纳变换；

根据所述实验光束的魏格纳变换，确定得到所述自由空间内的光场魏格纳函数。

可选的，所述光强分布和初始相位的关系为：

其中，I(x,z)为光强分布，z为传输距离，k为波数，为相位的二阶偏导数，为相位的三阶偏导数，为相位的一阶偏导数。

可选的，所述自加速光束的初始相位为：

其中，k为波数，a和n均为常数，x用来表示光束的传输方向。

可选的，所述自由空间内的光场魏格纳函数为：

其中，W_z(x,u,z)为z处的魏格纳变换，z为传输距离，k为波数，w₀为高斯光束的束腰半径，表示x的偏微分，u为一维空间频率坐标，x用来表示光束的传输方向。

可选的，所述自加速光束的初始振幅为：