[发明专利]一种方向可控的弯曲光学瓶的制备方法及系统

权利要求书

1.一种方向可控的弯曲光学瓶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过计算机仿真模拟平面波与抛物轨迹相位调制后的圆皮尔斯涡旋光束发生干涉，光束的振幅和相位信息加载到干涉条纹上，获取相位全息图后传输到空间光调制器中；

空间光调制器加载相位全息图；

开启激光器发射高斯光束；

扩束器对高斯光束进行准直扩束处理；

非偏振分束立方镜对扩束后的高斯光束进行分光处理，一部分传输至空间光调制器后继续传播；

光照射到空间光调制器后，经过平面镜M1反射后到达4f系统进行滤波，获得抛物轨迹相位调制后的圆皮尔斯涡旋光束；经设置于4f系统和光束质量分析仪之间的平面镜M2反射至光束质量分析仪；

将抛物轨迹相位作用的圆皮尔斯涡旋光束在无扰动的空气中传输，就可得到圆皮尔斯涡旋光束沿预先设定好的抛物轨迹进行传输，并且在传输过程中自发形成一个三维的弯曲光瓶；

抛物轨迹相位作用于圆皮尔斯涡旋光束的具体调制过程为：

初始平面的圆皮尔斯涡旋光表达式为

b为空间分布因子，可调整初始光场的振幅，其中α,β用于调控初始光场的振幅分布；

获取抛物轨迹相位Q(x,y)的表达式为

其中为真空中角波数，λ为波长，γ是横向归一化常数，满足公式假设(f(s),g(s))＝(ηs²,0)，f'(ρ),g'(ρ)分别为f(ρ),g(ρ)的一阶导数；

所以得到抛物轨迹相位调制的圆皮尔斯高斯涡旋光束的初始分布场表达式为其中x₁，y₁代表涡旋的位置，l是涡旋拓扑荷数；

将初始分布场U₂(x,y,0)代入(2+1)的薛定谔波动方程即为圆皮尔斯涡旋光束在三维自由空间沿抛物轨迹传输的数学表达式。

2.根据权利要求1所述的方向可控的弯曲光学瓶的制备方法，其特征在于，所述4f系统包括两个透镜和一个光阑；光阑处于两个透镜之间，且到两个透镜的距离为各自透镜的焦距；其中，第一个透镜对光束进行傅里叶变换，得到频谱面；光阑用于选取所述频谱面的正一级干涉条纹；第二个透镜用于对经光阑选取后的光束进行逆傅里叶变化，获得抛物轨迹相位调制的圆皮尔斯涡旋光束。

3.根据权利要求1所述的方向可控的弯曲光学瓶的制备方法，其特征在于，通过调节初始光场的参数，可实现对光瓶的弯曲方向和光瓶尺寸进行调控：

η：η通过影响轨迹的弯曲程度来调控光瓶的弯曲方向，进而改变瓶身的形状；η越大，轨迹弯曲程度越明显，光学瓶沿z轴的纵向长度会受到限制；η减小，轨迹弯曲程度变小，光学瓶的沿z轴的纵向长度延伸；

涡旋的拓扑荷数l：调控l变大，可显著增大瓶身的横截面宽度；

涡旋坐标(x₁,y₁)：通过调控涡旋的位置可以产生不同形状的弯曲光瓶。