[发明专利]一种空间指向和长度可定制的光管焦场产生方法

说明书

本发明涉及一种空间指向和长度可定制的光管焦场产生方法，由两个高数值孔径物镜建立4P_i光学聚焦系统，在所述4P_i光学聚焦系统的共焦区放置空间指向和几何长度可定制的虚拟均匀磁流线源天线，所述虚拟均匀磁流线源天线产生的辐射场被两个物镜完全收集并准直到光瞳面；基于时间反演技术，逆转虚拟均匀磁流线源天线辐射场求得光瞳面的入射场；实现所述入射场，从光瞳面入射，经4P_i光学聚焦系统传播并在共焦区汇聚，在4P_i光学聚焦系统的共焦区形成期望的光管焦场。该方法有利于灵活定制不同空间指向和长度的光管焦场。

技术领域

本发明属于光焦场定制领域，具体涉及一种基于空间均匀磁流线源天线的辐射场来生成空间指向和长度可控的光管焦场的方法。

背景技术

在横截面内不均匀偏振态分布的矢量光场经紧聚焦之后可形成光泡、光针、光管、光链等新颖的光焦场。特定型态的光焦场，比如光管焦场，在粒子囚禁与捕获、粒子加速、光刻加工等方面具有广泛的应用潜力。

对于光管焦场的生成，研究人员曾公开报道相关方法。比如，Wang J M等人于2011年报道通过优化磁基本振子组成的天线阵列，并对其辐射场进行反向聚焦，形成一个径向半峰全宽0.32λ、纵向长度为8λ的轴向光管焦场；Chen G等人于2017年报道利用高数值孔径物镜和光瞳滤光片产生亚波长光管的方法，通过数值孔径为0.908的单个双相位平面型透镜对角向偏振的矢量光束进行紧聚焦，实验产生一个焦深为6.5λ的方位角偏振轴向光管焦场；Yu Y Z等人于2019年报道一种产生轴向多段光管焦场的方法。

在上述实现光管焦场方法的相关报道中，发现产生的光管焦场方向均沿着轴向，方向单一，不适用于径向、甚至任意空间指向的应用场合；而且上述和现有的其它光管焦场的产生方法均需要优化聚焦系统的相关参数，优化过程冗长复杂，缺少灵活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间指向和长度可定制的光管焦场产生方法，该方法有利于灵活定制不同空间指向和长度的光管焦场。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种空间指向和长度可定制的光管焦场产生方法，由两个高数值孔径物镜建立4P_i光学聚焦系统，在所述4P_i光学聚焦系统的共焦区放置空间指向和几何长度可定制的虚拟均匀磁流线源天线，所述虚拟均匀磁流线源天线产生的辐射场被两个物镜完全收集并准直到光瞳面；基于时间反演技术，逆转虚拟均匀磁流线源天线辐射场求得光瞳面的入射场；实现所述入射场，从光瞳面入射，经4P_i光学聚焦系统传播并在共焦区汇聚，在4P_i光学聚焦系统的共焦区形成期望的光管焦场。

进一步地，所述4P_i光学聚焦系统采用两个外形尺寸和光学参数完全相同的高数值孔径物镜构成，两个物镜的光轴在同一直线上且共焦放置，4P_i光学聚焦系统两侧光瞳面入射场的相位相差180°。

进一步地，在4P_i光学聚焦系统的共焦区建立笛卡尔坐标系统，其中原点为两个物镜的公共焦点，XOY平面为与物镜平行的焦平面，Y轴竖直向上，Z轴在光轴上，X轴垂直于YOZ平面；

在所述笛卡尔坐标系统放置一虚拟均匀磁流线源天线，其中心点位于坐标原点，几何长度为L，磁流大小为I_m，空间指向为其中θ₀为虚拟均匀磁流线源天线与Z轴的夹角，为其在XOY平面的投影与X轴的夹角；所述虚拟均匀磁流线源天线的空间指向和几何长度均可定制。