【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光环阵列焦场定制，具体是一种多自由度可控高度局域光环直线阵列焦场的构建方法。
技术介绍
1、矢量光场不同于标量光场，其在同一波阵面上的偏振分布与空间位置有关。通过优化设计聚焦系统入瞳面矢量光场的振幅、相位及偏振态分布，可在紧聚焦后形成诸如光针、光泡、光管、光链等新颖的焦场。这些新颖的焦场在相关领域有广泛的应用潜力，特别是焦场光强分布类似“甜甜圈”的光环焦场，在光学加工、粒子囚禁及粒子运送等方面有较大的应用潜力，引起了众多科研人员的关注。科研人员曾公开报道产生光环焦场的一些方法。比如：chen等于2018年报道通过控制径向偏振涡旋光束的拓扑荷数，可以产生中空轴线沿光轴的光环焦场；zhou等人于2021年报道通过对空心高斯涡旋光束配置经优化设计的环形孔径滤波器，获得沿光轴的类似光环阵列的光链结构；yu等人于2019年报道利用磁偶极子天线的辐射场构建沿光轴的光环阵列焦场。
2、经分析发现：所述方法一般需要采用复杂优化设计的光学相位元件对入射场进行相位调制，或者同时对入射场的振幅和偏振进行优化调控，得到所需的入瞳矢量光场后再进行紧聚焦，以在焦区实现光环焦场。此类方法一般产生的是单一的中空轴线沿着光轴的光环；若是生成光环阵列，公开的报道也均是沿着光轴单一方向排列，且数量和位置的优化程度有限。若在实际应用中需要对多粒子进行指定角度的并行捕获、运送或光学多点加工等应用场合，所述方法则存在明显的局限性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种多自由度可控高度局域光
2、为实现所述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种多自由度可控高度局域光环直线阵列焦场的构建方法，该方法包括以下步骤：
3、步骤1、由两个具有共焦区的物镜建立光学聚焦系统；
4、步骤2、于所述光学聚焦系统的共焦区放置磁流线源天线，并根据磁流基元辐射场积分累加的思路计算该磁流线源天线的辐射场，其中，所述磁流线源天线的几何中心点置于光学聚焦系统的中心点，且可任意指向，磁流线源天线的载波磁流幅度分布为周期性余弦平方渐削分布，相位分布为均匀同相分布；
5、步骤3、所述磁流线源天线产生的辐射场被光学聚焦系统所收集并准直到入瞳面，并根据透镜对光线的弯折效应以求得入瞳面的入射光场；
6、步骤4、基于时间反演技术，反转此时入瞳面的辐射场并向光学聚焦系统焦区汇聚，可在焦区形成多自由度可控的高度局域光环直线阵列焦场。
7、进一步的，所述光学聚焦系统由两个相同的高数值孔径物镜构成，两者共焦放置且光轴共线，并以两个所述物镜的共焦点o作为参考坐标系的原点，以共线光轴右侧所在方向为z轴正方向，且z轴垂直于光聚焦系统的xoy平面，x轴方向竖直向上，y轴垂直于xoz平面构建参考直角坐标系，所述磁流线源天线的几何长度的中心点位于所述参考直角坐标系的原点o。
8、进一步的，所述磁流线源天线几何长度为，空间指向为，其中和分别为线源天线朝向的极角和方位角；
9、所述磁流线源天线的载波磁流的数学表达式如下式（1）：
10、 （1）
11、其中为磁流振幅，n为磁流振幅分布的周期性系数，为磁流线源的位置变量。
12、进一步的，所述步骤2中所述磁流线源天线所产生的辐射场通过采用对磁流线源天线的每个磁流基元单元的辐射场进行积分累加而得到，具体包括如下：
13、①磁流基元的辐射场表达式如下式（2）：
14、（2）
15、其中： （3）
16、（4）
17、式中为虚数单位，为角频率，为自由空间介电常数，为波阻抗，为波数，为辐射场观测点到磁流基元的距离，为辐射场的球坐标，、和为辐射场球坐标的单位矢量，和分别为磁流基元在和方向的方向性因子；
18、②利用平行射线方法求解线源的辐射远场，对式(2)中的因子的r，分母部分取，指数部分取，为线源所在空间指向的单位矢量，求得线源的总辐射场如下式（5）：
19、 （5）
20、其中： （6）
21、（7）
22、 （8）
23、（9）
24、式中为与辐射方向图无关的系数，为幅度为周期性余弦平方渐削分布磁流线源作为连续性线源的阵因子。
25、进一步的，所述步骤3中在光学紧聚焦系统入瞳面上用于产生期望光焦场的光场的解析表达式如式(10)所示：
26、（10）
27、其中为入瞳面的极坐标，且，为物镜的焦距，和为入瞳面径向和角向的单位矢量，为高数值孔径物镜的切趾函数。
28、进一步的，所述步骤4中利用时间反演技术，将所述式(10)计算所得的光场作为入射场，从搭建的光学紧聚焦系统两侧入瞳面照射汇聚，且左右两侧入射场相位相差180度，并基于deby矢量衍射积分理论，可计算得到高度局域光焦场，如式(11)所示：
29、 (11)
30、其中为式（10）所示的经透镜折射后的球面波前，其表达式如式（12）所示：
31、 (12)
32、其中、和分别为直角坐标系沿三个主轴的单位矢量； 通过式（11）和式（12）可对高度局域光焦场的性质进行量化评估。
33、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
34、本专利技术所提出的方法无需复杂的优化过程即可获得入瞳矢量光场的解析表达式，所构建的光环阵列焦场可调控自由度包括光环的数量、位置、间距、中空轴线及直线排列的空间指向等；依本方法所定制的光环阵列焦场在光学并行加工、多点粒子囚禁及运送方面具有广泛的应用潜力。
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1.一种多自由度可控高度局域光环直线阵列焦场的构建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多自由度可控高度局域光环直线阵列焦场的构建方法，其特征在于：所述光学聚焦系统由两个相同的高数值孔径物镜构成，两者共焦放置且光轴共线，并以两个所述物镜的共焦点O作为参考坐标系的原点，以共线光轴右侧所在方向为Z轴正方向，且Z轴垂直于光学聚焦系统的XOY平面，X轴方向竖直向上，Y轴垂直于XOZ平面构建参考直角坐标系，所述磁流线源天线的几何长度的中心点位于所述参考直角坐标系的原点O。
3.根据权利要求1或2所述的一种多自由度可控高度局域光环直线阵列焦场的构建方法，其特征在于：所述磁流线源天线几何长度为，空间指向为，其中和分别为线源天线朝向的极角和方位角；
4.根据权利要求3所述的一种多自由度可控高度局域光环直线阵列焦场的构建方法，其特征在于：所述步骤2中所述磁流线源天线所产生的辐射场通过采用对磁流线源天线的每个磁流基元单元的辐射场进行积分累加而得到，具体包括如下：
5.根据权利要求4所述的一种多自由度可控高度局域光环直线阵列
6.根据权利要求5所述的一种多自由度可控高度局域光环直线阵列焦场的构建方法，其特征在于：所述步骤4中利用时间反演技术，将所述式(10)计算所得的光场作为入射场，从搭建的光学紧聚焦系统两侧入瞳面照射汇聚，且左右两侧入射场相位相差180度，并基于Deby矢量衍射积分理论，可计算得到高度局域光焦场，如式(11)所示：
...【技术特征摘要】
1.一种多自由度可控高度局域光环直线阵列焦场的构建方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多自由度可控高度局域光环直线阵列焦场的构建方法，其特征在于：所述光学聚焦系统由两个相同的高数值孔径物镜构成，两者共焦放置且光轴共线，并以两个所述物镜的共焦点o作为参考坐标系的原点，以共线光轴右侧所在方向为z轴正方向，且z轴垂直于光学聚焦系统的xoy平面，x轴方向竖直向上，y轴垂直于xoz平面构建参考直角坐标系，所述磁流线源天线的几何长度的中心点位于所述参考直角坐标系的原点o。
3.根据权利要求1或2所述的一种多自由度可控高度局域光环直线阵列焦场的构建方法，其特征在于：所述磁流线源天线几何长度为，空间指向为，其中和分别为线源天线朝向的极角和方位角；
4.根据权利...
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