[发明专利]一种几何相位元件、及其设计方法和矢量光场产生装置

权利要求书

1.一种几何相位元件设计方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

从目标光场的空间复振幅中提取相位空间二维分布信息及振幅空间二维分布信息；

在所提取的所述相位空间二维分布信息上叠加闪耀光栅相位结构获得相位掩膜版；

将所提取的所述振幅空间二维分布信息转译为光栅衍射效率分布；

将所述光栅衍射效率分布叠加到所述相位掩膜版上得到复振幅掩膜版；

将所述复振幅掩膜版作为目标几何相位空间分布转译为几何相位元件的光轴取向的二维空间分布；

将所提取的所述振幅空间二维分布信息转译为光栅衍射效率分布包括：

将所述目标光场的相位分布函数φ(x,y)作为正一级衍射光场目标相位分布；

根据所述目标光场的振幅分布函数A(x,y)计算闪耀光栅相位深度分布函数M(x,y)∈[0,1]，即

其中，A_in(x,y)为入射待调控光场空间振幅分布；

将所述闪耀光栅相位深度分布函数M(x,y)叠加到闪耀光栅结构中获得在正一级衍射方向产生目标光场所需的几何相位空间分布α(x,y)，及在负一级衍射方向产生目标光场所需的几何相位空间分布α^*(x,y)；

在所提取的所述相位空间二维分布信息上叠加闪耀光栅相位结构获得相位掩膜版分布包括：

根据二分一波片对圆偏振态操作的琼斯矩阵得到所述几何相位元件的光轴取向空间分布函数：

2.根据权利要求1所述的几何相位元件设计方法，其特征在于：正一级衍射对应的所述几何相位空间分布α(x,y)与负一级衍射对应的所述几何相位空间分布α^*(x,y)为共轭函数。

3.根据权利要求1所述的几何相位元件设计方法，其特征在于：目标光场为拉盖尔-高斯光束LG₁^±4模式。

4.一种几何相位元件，其特征在于，包括多个微元组成的微元阵列，所述微元阵列中各微元的光轴取向按照如权利要求1-3中任一项所述的设计方法确定。

5.根据权利要求4所述的几何相位元件，其特征在于，所述微元阵列的材料为液晶或介电超表面。

6.一种产生矢量光场的装置，其特征在于，包括按照如权利要求1-3中任一项所述的设计方法确定的几何相位元件、偏振光栅、双孔光阑、第一透镜和第二透镜，所述几何相位元件、第一透镜、双孔光阑、第二透镜和偏振光栅依次同轴排列构成的4f成像系统。

7.根据权利要求6所述的产生矢量光场的装置，其特征在于，所述偏振光栅与所述几何相位元件中的闪耀光栅常数相同。