[发明专利]一种产生高可控性离轴光学瓶的方法及系统

权利要求书

1.一种产生高可控性离轴光学瓶的方法，其特征在于，包括如下步骤：

使用计算机模拟平面波与圆皮尔斯高斯光束干涉，获得相位全息图，并将相位全息图加载至反射式空间光调制器S1上；

根据光学参数，在计算机上绘制复合二阶啁啾涡旋相位，并将其加载至透射式空间光调制器S2上；

用高斯光束照射反射式空间光调制器S1，使反射光通过空间滤波系统，并在空间滤波系统中选取正一级条纹，获得圆皮尔斯高斯光束；

使圆皮尔斯高斯光束穿过透射式空间光调制器S2，获得经复合二阶啁啾涡旋相位调制的圆皮尔斯高斯光束，使其在真空或无干扰的空气中传输，即可在传输过程中形成多次较强的聚焦，从而形成离轴光学瓶。

2.根据权利要求1所述的产生高可控性离轴光学瓶的方法，其特征在于，圆皮尔斯高斯光束的具体调制为：

圆皮尔斯高斯光束在初始平面的解析式为：

其中，定义为皮尔斯积分，x₀为含量纲缩放因子，w₀为高斯束宽；在计算机中模拟圆皮尔斯高斯光束与平面波进行干涉，获得相位全息图，并将该相位全息图加载至反射式空间光调制器S1上，用所述高斯光束进行照射，经空间滤波系统滤波后的出射光即为圆皮尔斯高斯光束。

3.根据权利要求1所述的产生高可控性离轴光学瓶的方法，其特征在于，圆皮尔斯高斯光束经复合二阶啁啾涡旋相位调制具体为：

复合二阶啁啾涡旋相位的解析表达式为：

其中，c_i为二阶啁啾因子，l_i为涡旋阶数，(x_i,y_i)为位移因子，N为二阶啁啾涡旋相位数量，且(x_i,y_i)满足条件：x_i＝c₁x₁/c_i,y_i＝c₁y₁/c_i；则圆皮尔斯高斯光束透过透射式空间光调制器S2后的解析表达式为：x₀为含量纲缩放因子，w₀为高斯束宽；在数学中，经复合二阶啁啾涡旋相位调制的圆皮尔斯高斯光束在自由空间的传播特性可由以柱坐标形式表示的傍轴波动方程表达：

为波数，λ为波长；在计算机上绘制复合二阶啁啾涡旋相位，并将其加载至透射式空间光调制器S2上，并使圆皮尔斯高斯光束入射，出射光即为经复合二阶啁啾涡旋相位调制的圆皮尔斯高斯光束。

4.根据权利要求1所述的产生高可控性离轴光学瓶的方法，其特征在于，通过调节初始光场的参数和改变透射式空间光调制器S2上的复合二阶啁啾涡旋相位，即可实现对离轴光学瓶的位置、形状及数量的连续调控：

涡旋因子l_i：调节各个光学瓶瓶口或瓶底的大小，l_i越大，则产生的光学瓶的瓶口越宽；

啁啾位移因子(x_i,y_i)：调节离轴光束偏离光轴的程度，从而控制离轴光学瓶在空间中的位置；若(x_i,y_i)＝(0,0)，则光学瓶在光轴上生成，为沿轴光学瓶；

二阶啁啾因子c_i：调节离轴光学瓶的瓶口和瓶底与初始平面的距离，及各个离轴光学瓶的长度；

二阶啁啾涡旋相位数量N：调节离轴光学瓶的数量，当存在N个啁啾相位因子，则可以产生N-1个光学瓶。

5.根据权利要求1所述的产生高可控性离轴光学瓶的方法，其特征在于，所述空间滤波系统包括透镜L1、光阑和透镜L2；其中输入光场经过透镜L1进行傅里叶变换得到频谱面，光阑用于选取频谱面中的正一级干涉条纹，再经过透镜L2进行逆傅里叶变换，得到输出光场，即圆皮尔斯高斯光束。