[发明专利]一种产生多次自聚焦光束的方法、器件及其制备方法

权利要求书

1.一种产生多次自聚焦光束的方法，其特征在于：所述产生方法包括以下步骤：

S1：通过焦散线方法构造出余弦轨迹的自加速光束，将焦散线轨迹记为x₁＝f(z₁)，基于焦散线轨迹推导出其对应的初始角谱分布A(k_x)；其中，x₁轴为初始平面轴，z₁轴为传播方向轴，k_x为波矢k在x₁轴上的分量；

S2：根据得到的初始角谱分布，通过傍轴近似下的角谱衍射积分得到主瓣近似地沿着余弦轨迹的自加速光束，其光场分布记为E(x,z)；

S3：对自加速光束的主瓣轨迹进行拟合，拟合出一条近似余弦轨迹，将拟合的轨迹记为x₂＝f(z₂)，对拟合的轨迹进行关于x轴对称处理，得到一条对称的轨迹记为x₂＝-f(z₂)；其中，x₂轴为初始平面轴，z₂轴为传播方向轴；

S4：通过上下对称平移两条关于轴对称的任意周期长度的余弦轨迹，能得到任意交点数的多交点轨迹，其中拟合的轨迹记为x₂＝f(z₂)-b，对称的轨迹记为x₂＝-f(z₂)+b，其中参数b是一个横向平移因子，用于控制余弦轨迹上下移动，所以通过优化参数b可以得到任意交点数的轨迹；

S5：通过叠加焦散线原理，将两条轴对称的余弦轨迹对应的光场分布进行光场叠加，从而得到任意焦点数的多次自聚焦光束，其光场分布记为U(x,z)，其中拟合的轨迹x₂＝f(z₂)-b对应的光场分布为E(x+b,z)，对称的轨迹x₂＝-f(z₂)+b对应的光场分布为E(-x+b,z)。

2.根据权利要求1所述的产生多次自聚焦光束的方法，其特征在于：步骤S1中初始角谱分布与焦散线轨迹之间的对应关系，表达式如下：

式中，表示初始的角谱分布，p(k_x)表示初始的角谱振幅分布，表示初始的角谱相位分布。

3.根据权利要求2所述的产生多次自聚焦光束的方法，其特征在于：步骤S2，所述的傍轴近似下的角谱衍射积分，其表达如下：

式中，E(x,z)表示自加速光束在二维空间中的复振幅分布；k表示自由空间的波矢，其中k＝2π/λ，λ表示光源的波长。

4.根据权利要求3所述的产生多次自聚焦光束的方法，其特征在于：所述的叠加焦散线原理以及多次聚焦光束的光场分布的表达式如下：

U(x,z)＝E(ax+b,cz)+E(-ax+b,cz)

式中，a,b,c为常数，a≠0，c≠0，其中参数a控制余弦光束在x方向上的振幅大小；b是一个横向平移因子，能够控制整个轨迹上下移动；参数c能控制余弦光束在传播方向的长度。