[发明专利]一种基于DMD生成多参量可调光场的方法、装置及系统

说明书

本发明公开了一种基于DMD生成多参量可调光场的方法、装置及系统，方法包括：对飞秒激光光束进行扩束和准直处理，确定扩束和准直后的激光光束；对激光光束进行滤波处理，确定第一滤波激光光束；对第一滤波激光光束进行色散补偿处理，确定色散补偿后的激光光束；结合目标光场的复振幅表达式以及二元全息算法，确定目标光场的二元全息图；将二元全息图加载到DMD，通过DMD对色散补偿后的激光光束进行波前调制，确定调制后的激光光束；对调制后的激光光束进行滤波处理，滤除零级衍射光和负一级衍射光，确定一级衍射光通过；对一级衍射光进行聚焦处理，生成多参量可调阵列光场。本发明能够减低系统的使用成本，可广泛应用于光场调控技术领域。

技术领域

本发明涉及光场调控技术领域，尤其是一种基于DMD生成多参量可调光场的方法、装置及系统。

背景技术

由于现代纳米光学的进步，光场调控技术已经成为当前国际光学领域的一个研究热点，光场调控技术一般是指对入射激光的波前进行相位和振幅调制，得到所需要的强度分布和传播特性。随着空间光调制器技术的进步，光场调控技术得到了飞速的发展，不再局限于固定的光学参数设计，而是可以通过全息计算来动态地调制光场，实现光场多样化调控。另一方面，飞秒激光具有峰值功率高、热效应、可以产生各种非线性效应等优点。因此，基于飞秒激光的光场调控技术在激光加工、光镊、信息存储、生物成像等领域有重要应用。

目前，光场调控方法大多是利用液晶空间光调制器(LC-SLM)，通过迭代优化算法计算出目标光场的相位分布，并加载到LC-SLM来实现对入射激光的波前调制，但这种优化迭代算法得出的相位缺少灵活性，很难实现对焦点阵列中的每个光斑的位置，功率和拓扑荷同时调控。另一方面，尽管可以通过在LC-SLM上将入瞳处的相位划分为多个区域来实现对焦点阵列中每个焦点的单独调控。但在使用LC-SLM进行光场调控时，未考虑色散问题造成分辨率恶化的影响；且LC-SLM是一种对偏振响应的器件，在光路系统中必须加上偏振片和半波片，将入射光转为特定偏振方向的线偏光才能实现较好的调制效果，导致激光功率损失较多且光路系统搭建复杂，限制系统的进一步扩展和集成。此外，DMD在价格以及全息图的刷新速度上(高达20kHZ)相比于LC-SLM都有很大的优势。因此，实现一种低成本，高效率，高分辨率的光场调控技术显得尤为重要，而目前现有技术中尚未实现基于DMD的多参量光场调控。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种基于DMD生成多参量可调光场的方法、装置及系统，以实现低成本、高效率地调控多参量光场。

一方面，本发明实施例公开了一种基于DMD生成多参量可调光场的方法，包括：

发射飞秒激光光束；

对所述飞秒激光光束进行扩束和准直处理，确定扩束和准直后的激光光束；

对所述扩束和准直后的激光光束进行滤波处理，确定第一滤波激光光束；

对所述第一滤波激光光束进行色散补偿处理，确定色散补偿后的激光光束；

结合目标光场的复振幅表达式以及二元全息算法，确定所述目标光场的二元全息图；

将所述二元全息图加载到DMD，通过DMD对所述色散补偿后的激光光束进行波前调制，确定调制后的激光光束；

对所述调制后的激光光束进行滤波处理，滤除零级衍射光和负一级衍射光，确定一级衍射光通过；

对所述一级衍射光进行聚焦处理，生成多参量可调阵列光场，其中，所述多参量可调阵列光场中每个聚焦光斑的空间三维、功率剂量以及拓扑荷数都是独立可调的。

可选地，所述对所述第一滤波激光光束进行色散补偿处理，确定色散补偿后的激光光束，包括：

通过闪耀光栅反射所述第一滤波激光光束，准直出射所述第一滤波激光光束的衍射光，其中，所述衍射光用于表征带有恒定角色散的一级衍射光；