一阶圆艾里导数光束突然自聚焦能力的提高方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种一阶圆艾里导数光束突然自聚焦能力的提高方法及系统，涉及光传输领域，所述方法包括：确定一阶圆艾里导数光束在初始平面上的光场表达式；光场表达式中包括一阶啁啾因子；根据光场表达式，采用柯林斯积分公式确定一阶圆艾里导数光束在自由空间传输时轴上光场的积分表达式；改变一阶啁啾因子的取值，根据积分表达式绘制轴上光强峰值相对于一阶啁啾因子的曲线图和焦点位置相对于一阶啁啾因子的曲线图；由曲线图确定最佳啁啾值和饱和啁啾值；根据最佳啁啾值和饱和啁啾值确定所需的啁啾一阶圆艾里导数光束。本发明专利技术能提高一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦能力。一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦能力。一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦能力。

【技术实现步骤摘要】
一阶圆艾里导数光束突然自聚焦能力的提高方法及系统


[0001]本专利技术涉及光传输领域，特别是涉及一种一阶圆艾里导数光束突然自聚焦能力的提高方法及系统。

技术介绍

[0002]研究人员在理论研究圆艾里光束自由空间传输特性的过程中，首次发现了突然自聚焦现象，并创造性地提出了突然自聚焦这一概念。突然自聚焦，是指光束在自由空间传输时，不需要借助任何光学元器件，在到达焦点之前光强一直很低，而在到达焦点的瞬间光强突然提高数十倍甚至几百倍。很快，在实验上成功地观察到了突然自聚焦现象。突然自聚焦能力是用强度对比度来描述的，强度对比度定义为观察平面上的光强最大值和初始平面上的光强最大值之比。研究人员一直致力于在圆艾里光束的基础上，通过修改圆艾里光束或者引入光学涡旋或者引入啁啾，来观察和评价突然自聚焦能力的变化，而最终目的是想找到提高突然自聚焦能力的途径。一阶圆艾里导数光束是圆艾里光束的拓展。在相同的光束特征参数条件下，一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦能力是圆艾里光束的7倍左右。突然自聚焦广泛用于生物医学治疗、光学捕获、光学导引、光子弹产生、原子操纵、多光聚合、太赫兹波发射、光通讯串扰减少、光学操纵、非线性操纵、动态成像和三维激光操作等。因此，如何提高一阶圆艾里导数光束突然自聚焦能力成为目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]基于此，本专利技术实施例提供一种一阶圆艾里导数光束突然自聚焦能力的提高方法及系统，以提高一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦能力。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：<br/>[0005]一种一阶圆艾里导数光束突然自聚焦能力的提高方法，包括：
[0006]获取一阶圆艾里导数光束；
[0007]确定所述一阶圆艾里导数光束在初始平面上的光场表达式；所述光场表达式中包括一阶啁啾因子；
[0008]根据所述光场表达式，采用柯林斯积分公式确定所述一阶圆艾里导数光束在自由空间传输时轴上光场的积分表达式；
[0009]改变一阶啁啾因子的取值，根据所述积分表达式绘制第一曲线图和第二曲线图；所述第一曲线图为轴上光强峰值相对于一阶啁啾因子的曲线图；所述第二曲线图为焦点位置相对于一阶啁啾因子的曲线图；所述焦点位置为光强峰值所处的传输轴上的位置；
[0010]根据所述第一曲线图确定最佳啁啾值和饱和啁啾值；所述最佳啁啾值为所述第一曲线图中轴上光强峰值最大时对应的一阶啁啾因子；一阶啁啾因子大于所述饱和啁啾值时对应的轴上光强峰值小于一阶啁啾因子为零时对应的轴上光强峰值；
[0011]基于所述第二曲线图，根据所述最佳啁啾值和所述饱和啁啾值确定所需的啁啾一阶圆艾里导数光束；所述啁啾一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦能力大于所述一阶圆艾里
导数光束的突然自聚焦能力。
[0012]可选地，所述基于所述第二曲线图，根据所述最佳啁啾值和所述饱和啁啾值确定所需的啁啾一阶圆艾里导数光束，具体包括：
[0013]将取值大于零且小于所述饱和啁啾值的一阶啁啾因子对应的一阶圆艾里导数光束确定为第一啁啾一阶圆艾里导数光束；所述第一啁啾一阶圆艾里导数光束的焦点位置为第一焦点位置，所述第一焦点位置为所取的一阶啁啾因子在所述第二曲线图中所对应的焦点位置；
[0014]将取值等于所述最佳啁啾值的一阶啁啾因子对应的一阶圆艾里导数光束确定为第二啁啾一阶圆艾里导数光束；所述第二啁啾一阶圆艾里导数光束的焦点位置为第二焦点位置，所述第二焦点位置为所述最佳啁啾值在所述第二曲线图中所对应的焦点位置；
[0015]其中，所述第二啁啾一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦能力大于所述第一啁啾一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦能力；所需的啁啾一阶圆艾里导数光束为所述第一啁啾一阶圆艾里导数光束或所述第二啁啾一阶圆艾里导数光束。
[0016]可选地，所述光场表达式为：
[0017][0018]其中，U(r,0)为光场表达式；r表示径向坐标，r＝(x2+y2)
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；x为直角坐标系中x轴上的坐标值；y为直角坐标系中y轴上的坐标值；z为直角坐标系中z轴上的坐标值，z轴是光束传输的方向；A为光强控制参数，A使得在初始平面上的光强峰值为1；Ai
′
(
·
)为一阶艾里导数函数；r0为主环的半径；w0为尺度因子；a为指数衰减因子；c为一阶啁啾因子；i表示虚数单位。
[0019]可选地，所述积分表达式为：
[0020][0021]其中，U(0,z)为积分表达式；z0为瑞利距离，k表示波数；δ为辅助参数，δ＝a+ic；t为积分变量。
[0022]本专利技术还提供了一种一阶圆艾里导数光束突然自聚焦能力的提高系统，包括：
[0023]光束获取模块，用于获取一阶圆艾里导数光束；
[0024]光场表达式确定模块，用于确定所述一阶圆艾里导数光束在初始平面上的光场表达式；所述光场表达式中包括一阶啁啾因子；
[0025]积分表达式确定模块，用于根据所述光场表达式，采用柯林斯积分公式确定所述一阶圆艾里导数光束在自由空间传输时轴上光场的积分表达式；
[0026]曲线图确定模块，用于改变一阶啁啾因子的取值，根据所述积分表达式绘制第一曲线图和第二曲线图；所述第一曲线图为轴上光强峰值相对于一阶啁啾因子的曲线图；所述第二曲线图为焦点位置相对于一阶啁啾因子的曲线图；所述焦点位置为光强峰值所处的传输轴上的位置；
[0027]啁啾值确定模块，用于根据所述第一曲线图确定最佳啁啾值和饱和啁啾值；所述最佳啁啾值为所述第一曲线图中轴上光强峰值最大时对应的一阶啁啾因子；一阶啁啾因子
大于所述饱和啁啾值时对应的轴上光强峰值小于一阶啁啾因子为零时对应的轴上光强峰值；
[0028]所需啁啾光束确定模块，用于基于所述第二曲线图，根据所述最佳啁啾值和所述饱和啁啾值确定所需的啁啾一阶圆艾里导数光束；所述啁啾一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦能力大于所述一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦能力。
[0029]可选地，所述所需啁啾光束确定模块，具体包括：
[0030]第一确定单元，用于将取值大于零且小于所述饱和啁啾值的一阶啁啾因子对应的一阶圆艾里导数光束确定为第一啁啾一阶圆艾里导数光束；所述第一啁啾一阶圆艾里导数光束的焦点位置为第一焦点位置，所述第一焦点位置为所取的一阶啁啾因子在所述第二曲线图中所对应的焦点位置；
[0031]第二确定单元，用于将取值等于所述最佳啁啾值的一阶啁啾因子对应的一阶圆艾里导数光束确定为第二啁啾一阶圆艾里导数光束；所述第二啁啾一阶圆艾里导数光束的焦点位置为第二焦点位置，所述第二焦点位置为所述最佳啁啾值在所述第二曲线图中所对应的焦点位置；
[0032]其中，所述第二啁啾一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦能力大于所述第一啁啾一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦能力；所需的啁啾一阶圆艾里导数光束为所述第一啁啾一阶圆艾里导数光束或所述第二啁啾一阶圆艾里导数光束。
[0033]可选地，所述光场表达式确定模块中的所述光场表达本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一阶圆艾里导数光束突然自聚焦能力的提高方法，其特征在于，包括：获取一阶圆艾里导数光束；确定所述一阶圆艾里导数光束在初始平面上的光场表达式；所述光场表达式中包括一阶啁啾因子；根据所述光场表达式，采用柯林斯积分公式确定所述一阶圆艾里导数光束在自由空间传输时轴上光场的积分表达式；改变一阶啁啾因子的取值，根据所述积分表达式绘制第一曲线图和第二曲线图；所述第一曲线图为轴上光强峰值相对于一阶啁啾因子的曲线图；所述第二曲线图为焦点位置相对于一阶啁啾因子的曲线图；所述焦点位置为光强峰值所处的传输轴上的位置；根据所述第一曲线图确定最佳啁啾值和饱和啁啾值；所述最佳啁啾值为所述第一曲线图中轴上光强峰值最大时对应的一阶啁啾因子；一阶啁啾因子大于所述饱和啁啾值时对应的轴上光强峰值小于一阶啁啾因子为零时对应的轴上光强峰值；基于所述第二曲线图，根据所述最佳啁啾值和所述饱和啁啾值确定所需的啁啾一阶圆艾里导数光束；所述啁啾一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦能力大于所述一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦能力。2.根据权利要求1所述的一种一阶圆艾里导数光束突然自聚焦能力的提高方法，其特征在于，所述基于所述第二曲线图，根据所述最佳啁啾值和所述饱和啁啾值确定所需的啁啾一阶圆艾里导数光束，具体包括：将取值大于零且小于所述饱和啁啾值的一阶啁啾因子对应的一阶圆艾里导数光束确定为第一啁啾一阶圆艾里导数光束；所述第一啁啾一阶圆艾里导数光束的焦点位置为第一焦点位置，所述第一焦点位置为所取的一阶啁啾因子在所述第二曲线图中所对应的焦点位置；将取值等于所述最佳啁啾值的一阶啁啾因子对应的一阶圆艾里导数光束确定为第二啁啾一阶圆艾里导数光束；所述第二啁啾一阶圆艾里导数光束的焦点位置为第二焦点位置，所述第二焦点位置为所述最佳啁啾值在所述第二曲线图中所对应的焦点位置；其中，所述第二啁啾一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦能力大于所述第一啁啾一阶圆艾里导数光束的突然自聚焦能力；所需的啁啾一阶圆艾里导数光束为所述第一啁啾一阶圆艾里导数光束或所述第二啁啾一阶圆艾里导数光束。3.根据权利要求1所述的一种一阶圆艾里导数光束突然自聚焦能力的提高方法，其特征在于，所述光场表达式为：其中，U(r,0)为光场表达式；r表示径向坐标，r＝(x2+y2)
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；x为直角坐标系中x轴上的坐标值；y为直角坐标系中y轴上的坐标值；z为直角坐标系中z轴上的坐标值，z轴是光束传输的方向；A为光强控制参数，A使得在初始平面上的光强峰值为1；Ai
′
(
·
)为一阶艾里导数函数；r0为主环的半径；w0为尺度因子；a为指数衰减因子；c为一阶啁啾因子；i表示虚数单位。4.根据权利要求3所述的一种一阶圆艾里导数光束突然自聚焦能力的提高方法，其特
征在于，所述积分表达式为：其中，U(0,z)为积分表达式；z0为瑞利距离，k表示波数；δ为辅助参数，δ＝a+ic；t为积分变量。5.一种一阶圆艾里导数光束突然自聚焦能力的提高系统，其特征在于，包括：光束获取模块，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：周国泉，臧翔，但汶松，倪涌舟，周益民，徐一清，
申请(专利权)人：浙江农林大学，
类型：发明
国别省市：