一种光场调控系统及设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光场调控系统及设计方法，包括：一外部环境配置模块；一核心设计模块，所述核心设计模块包括基础功能单元集合模块、空间叠加函数模块和功能叠加函数模块，均应用所述空间光调制器的参数设置；以及一输出寻址矩阵模块，所述基础功能单元集合模块、空间叠加函数模块和功能叠加函数模块均输出至所述输出寻址矩阵模块。针对现有技术存在的灵活性不足、缺乏系统性光场调控功能集合软件的问题，本发明专利技术的目的在于开发光场调控软件，既能生成已知光场的寻址数据矩阵，又能生成各种未知光场的寻址数据矩阵。

A light field control system and its design method

【技术实现步骤摘要】
一种光场调控系统及设计方法
本专利技术涉及空间光调制器应用领域，特别涉及一种光场调控系统及其设计方法。
技术介绍
空间光调制器是可编程调控光场的器件，通过改变写入光束在空间分布上的振幅、相位、偏振属性从而得到全新的读出光光场分布，被广泛应用到科学研究和工业设备中，是一种既利用已知又探索未知的科研工具和器件。如图1所示，可编程调控光场的方式是100用户通过101光场调控软件来生成102寻址数据矩阵，以103空间光调制器分辨率参数为基准得到一个Array＝P(m,n,d)的数据矩阵，其中m，n为空间光调制器分辨率，d为数据深度，P为控制Pattern函数，Pattern映射到空间光调制器寻址，进而调控104写入光束读出特定的105读出光光束。在应用上，100用户分为两类：一类研究光场P函数的构成和定义方式，目的在于发现新的Pattern以及深入研究105读出光的各种特性，一般使用Matlab等计算软件生成寻址数据矩阵；另一类是希望利用现有研究成果来展开新的研究或开发产品，他们对光场Pattern算法本身并不研究，希望直接用。对于第一类用户，P函数的构成存在无数可能，用户根据需要自行编程来定义P函数，希望有灵活的可视化工具来生成寻址数据矩阵，但依然以自行编程为主手段。第二类用户则希望有现成的光场调控软件，尽量避免自己编程。市面上虽然有部分定义好的P函数集合的成熟软件，但变化模式上比较僵化，且包含的内容较为零散缺乏系统性、对空间光调制器所处光路环境的不确定性缺乏有效灵活的应对手段。光场调控是一个比较崭新的研究领域，除了陆续发布论文被验证的光场外，仍有很多未知及不确定性参数的光场亟待研究和利用。对于空间光调制器用户而言，一套能快速对接新型光场调控技术功能集合又能设计生成新的光场功能的软件，将极大降低编程工作量。现实情况在于，正因为光场Pattern的设计存在未知，探索性研究无法事先知道应该用何种Pattern来调控出期望的光场，因此一般光场调控的Pattern设计工具要么通用化编程工具如Matlab或编程开发平台，要么是纯粹的绘图工具，工作量很大和可重复利用性很差。但是，现有技术中，由于软件不能提供足够灵活的未知探索模式，特别是针对特殊光束的横向应用，如光场在材料学、生物学等非光学本身的研究领域的应用，使得软件不能将基于已知光场以系列有规律的路径来生成探索性的未知光场，这将极大增加了用户技术门槛和降低工作效率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种光场调控系统及设计方法，针对现有技术存在的灵活性不足、缺乏系统性光场调控功能集合软件的问题，本专利技术的目的在于提出了一种设计光场调控软件的方法并利用该方法开发相应的软件系统，既能生成已知光场的寻址数据矩阵，又能生成各种未知光场的寻址数据矩阵。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种光场调控系统，用于调控空间光调制器，包括：一外部环境配置模块，所述外部环境配置模块对空间光调制器的初始参数进行配置；一核心设计模块，所述核心设计模块包括基础功能单元集合模块、空间叠加函数模块和功能叠加函数模块，均应用所述空间光调制器的参数设置，其中所述基础功能单元模块可视化生成光场并能够改变光场参数，所述空间叠加函数模块在空间维度上接收所述基础功能单元模块生成的光场进行二次生成，所述功能叠加函数模块在空间维度上接收所述空间叠加函数模块生成的光场进行二次生成；以及一输出寻址矩阵模块，所述基础功能单元集合模块、空间叠加函数模块和功能叠加函数模块均输出至所述输出寻址矩阵模块。优选地，所述空间叠加函数模块包括XYZ空间坐标系叠加函数和空间极坐标系叠加函数。优选地，所述基础功能单元模块对每个基础功能单元的计算过程进行封装，且在封装计算里关联空间光调制器参数配置的结果，进而由统一的交互界面配置参数来生成。优选地，所述功能叠加函数模块能以所述空间叠加函数模块生成的任一结果以及所述基础功能单元集合模块生成的任一结果进行功能函数叠加计算。本专利技术进一步地提供了一种基于光场调控系统的设计方法，包括：(a)将已知光场的生成功能集合化；(b)利用核心设计模块将光场调控基础单元进行组合。优选地，在步骤(a)中还包括以下步骤：(a1)使用者能够通过可视化操作界面改变光场的设定参数，或者通过定时触发来自动生成光场参数。优选地，在步骤(b)中还包括以下步骤：(b0)所述核心设计模块包括基础功能单元集合模块、空间叠加函数模块和功能叠加函数模块，均应用所述空间光调制器的参数设置；(b1)所述基础功能单元模块可视化生成光场并能够改变光场参数；(b2)所述空间叠加函数模块在空间维度上接收所述基础功能单元模块生成的光场进行二次生成；(b3)所述功能叠加函数模块在空间维度上接收所述空间叠加函数模块生成的光场进行二次生成。优选地，还包括以下步骤(c)：在叠加函数设计结果的基础上叠加外部环境函数。采用上述技术方案，使得本专利技术的有益效果在于：第一、可生成各类已知的光场调控的寻址数据矩阵，用于得到各类已知特性的光束，方便用户直接应用或学习；第二、提供了一套设计寻址数据矩阵的方法，让用户可快速生成各种空间复用、功能叠加、外部环境快速适应的未知特性光场所对应的寻址数据矩阵，用于探索或发现新型光场；第三、利用该方法得到的寻址数据矩阵可能未被现有文献或理论验证过的，需要用户去进行仿真计算或实验验证其理论背景；第四、也可以提供工具让用户快速可视化生成各种光场Pattern，无论该Pattern是否存在已知的现实意义，这为探索未知的工作提供了便捷。附图说明图1为现有技术中的光场调控软件工作功能场景示意图；图2为本专利技术光场调控软件功能模块与设计流程；图3为本专利技术的空间三维XYZ坐标系叠加示意图；图4为本专利技术的空间极坐标叠加示意图；图5为本专利技术的功能性叠加示意图；图6为本专利技术的像差叠加示意图；图7为本专利技术利用引导函数生成光子筛模式的人机交互流程和参数配置界面示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种基于光场调控系统的设计方法，如图1所示，在计算机中安装有所述光场调控系统101，用户100输入至所述计算机中，经过所述光场调控系统101输出至所述空间光调制器102，在所述空间光调制器102的作用下，写入光光束103调制成为读出光光束104。具体地，本专利技术中基于光场调控系统的设计方法，包括：(a)将已知光场的生成功能集合化；(b)利用核心设计模块将光场调控基础单元进行组合。优选地，在步骤(a)中还包括以下步骤：(a本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光场调控系统，用于调控空间光调制器，其特征在于，包括：/n一外部环境配置模块，所述外部环境配置模块对空间光调制器的初始参数进行配置；/n一核心设计模块，所述核心设计模块包括基础功能单元集合模块、空间叠加函数模块和功能叠加函数模块，均应用所述空间光调制器的参数设置，其中所述基础功能单元模块可视化生成光场并能够改变光场参数，所述空间叠加函数模块在空间维度上接收所述基础功能单元模块生成的光场进行二次生成，所述功能叠加函数模块在空间维度上接收所述空间叠加函数模块生成的光场进行二次生成；以及/n一输出寻址矩阵模块，所述基础功能单元集合模块、空间叠加函数模块和功能叠加函数模块均输出至所述输出寻址矩阵模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种光场调控系统，用于调控空间光调制器，其特征在于，包括：
一外部环境配置模块，所述外部环境配置模块对空间光调制器的初始参数进行配置；
一核心设计模块，所述核心设计模块包括基础功能单元集合模块、空间叠加函数模块和功能叠加函数模块，均应用所述空间光调制器的参数设置，其中所述基础功能单元模块可视化生成光场并能够改变光场参数，所述空间叠加函数模块在空间维度上接收所述基础功能单元模块生成的光场进行二次生成，所述功能叠加函数模块在空间维度上接收所述空间叠加函数模块生成的光场进行二次生成；以及
一输出寻址矩阵模块，所述基础功能单元集合模块、空间叠加函数模块和功能叠加函数模块均输出至所述输出寻址矩阵模块。


2.根据权利要求1所述的光场调控系统，其特征在于，所述空间叠加函数模块包括XYZ空间坐标系叠加函数和空间极坐标系叠加函数。


3.根据权利要求1所述的光场调控系统，其特征在于，所述基础功能单元模块对每个基础功能单元的计算过程进行封装，且在封装计算里关联空间光调制器参数配置的结果，进而由统一的交互界面配置参数来生成。


4.根据权利要求1所述的光场调控系统，其特征在于，所述功能叠加函数模块能以所述空间叠加函数模块生成的任一结果以及所述基础功能单元集合模块生成的任一结果进行功能函数叠加计算。


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【专利技术属性】
技术研发人员：殷长志，
申请(专利权)人：上海瑞立柯信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31