【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及横向偏振光针生成的，尤其涉及一种超分辨无衍射横向偏振光针的产生方法。
技术介绍
1、矢量光场是一种偏振空间非均匀分布的光场。矢量光场具有新颖的紧聚焦特性，其中特别是“针状”的聚焦光场，在偏振敏感定向成像、粒子操纵和加速、纳米尺度上光与物质的相互作用方面具有重要应用前景。
2、2001年，wang提出采用位相型光阑实现长焦深超分辨无衍射光束；并于2008年提出采用5环带的环形二元相位板, 对径向偏振贝塞尔高斯光束进行波前相位调制, 将大部分能量调制到了纵向分量上, 实现了横向半高全宽(fwhm)为0.43λ,纵向 fwhm约为4λ的纯纵向偏振光束, 并首次提出了“光针”概念。此后众多学者在径向偏振入射光场结合复杂设计的光学滤波元件的基础上，提出优化方案，设计出相应的光针焦场。随着涡旋光束研究的发展, 学者发现拓扑荷数为正负1的角向偏振涡旋光束紧聚焦后也可获得超分辨焦斑，且焦斑尺寸甚至小于径向偏振光的结果,因此有研究者开始尝试利用此种光束来实现超分辨光针。2022 年,gao等同时调制了光束的振幅和相位,结果表明使用多环形1阶角向涡旋矢量光束结合幅度和相位调制可实现长度约为10λ的光针。
3、在上述横向偏振光针的方法中，主要集中在采用径向偏振光和1阶角向矢量涡旋光作为入射光，结合复杂优化设计的光学元件(二元相位板或加上振幅调制的相位板)来实现。这些方法均需要复杂优化过程，优化时间冗长、优化方法复杂，且所设计的针状焦场朝向均位于光轴，方向单一，长度调整困难。鉴于上述存在的问题，本案专利技术人对该问
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提供了一种超分辨无衍射横向偏振光针的产生方法，该方法结合天线辐射理论和时间反演方法，利用均匀磁流线源天线的辐射场叠加规定的螺旋相位因子，获得入瞳面所需矢量光场的解析表达式，以灵活定制超分辨无衍射横向偏振的光针焦场。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种超分辨无衍射横向偏振光针的产生方法，所述方法包括：
3、由两个具有共焦区的物镜建立紧聚焦光学系统；
4、在所述紧聚焦光学系统的共焦区放置磁流线源天线；其中，所述磁流线源天线可任意指向，磁流线源天线上的载波磁流在其长度范围内均匀同相；
5、计算磁流线源天线的辐射场，并在此基础上叠加相同空间朝向为法线的所在平面的一阶螺旋相位因子后整体往紧聚焦光学系统外侧辐射，整体辐射场被紧聚焦光学系统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光场；
6、通过时间反演技术反转此时入瞳面光场，作为入射场；
7、将所述入射场从所述紧聚焦光学系统两侧的入瞳面入射，经所述紧聚焦光学系统传播并在共焦区汇聚，从而可在共焦区形成指定方向的超分辨无衍射横向光针；其中，从所述紧聚焦光学系统两侧入瞳面入射的所述入射场的相位相差180°。
8、进一步的，所述紧聚焦光学系统由两个外形尺寸和光学参数完全相同的高数值孔径物镜构成；
9、在紧聚焦光学系统中建立参考直角坐标系；其中，所述参考直角坐标系以两个物镜的共焦点为原点；其中z轴为两物镜的共轴线；x-y平面为紧聚焦光学系统的焦平面，且与z轴垂直。
10、进一步的，所述磁流线源天线的数量为一根，所述磁流线源天线的几何长度为，其几何中心位于紧聚焦光学系统的共焦点；
11、所述磁流线源天线空间指向为，其中和分别为其朝向的极角和方位角。
12、进一步的，所述磁流线源天线的辐射场，通过对磁流基元的辐射场沿线源天线的整体长度进行积分累加而得到，具体包括如下：
13、长度为、空间指向为的磁流基元的辐射场表达式如式（1）：
14、（1）
15、其中：（2）
16、（3）
17、其中，i为虚数单位，为角频率，为自由空间介电常数，为波阻抗，为载波磁流振幅，为波数；为辐射场观测点到磁流基元的距离；和磁流基元在和方向的元因子；为辐射场观察点的球坐标，、、分别为辐射场球坐标的单位矢量；
18、通过式（1），采用平行射线近似法，以积分累加的方式计算得到长度和朝向为的磁流线源天线的辐射场如式（4）：
19、（4）
20、其中： （5）
21、（6）
22、 （7）
23、其中，为与辐射方向图无关的系数，为均匀同相分布磁流线源天线作为连续性线源的阵因子。
24、进一步的，计算以空间朝向为法线的所在平面的一阶螺旋相位因子具体步骤如下：
25、以xyz参考坐标系为待旋转的整体，以紧聚焦光学系统参考坐标的原点o为旋转点，z轴沿着经过原点且空间朝向为的直线和z轴所构成的平面一步旋转至方向，形成旋转后的轴；2）参考坐标系的x轴和y轴同步旋转至和轴，、和为旋转后新坐标系的三个主轴；3）推导得空间朝向为法线的所在平面的一阶螺旋相位因子如式（8）：
26、 （8）
27、将式（8）所示的一阶螺旋相位因子叠加至式（4）所示磁流线源天线的辐射场后，整体向聚焦系统外侧辐射，紧接着叠加螺旋相位因子之后的总辐射场如式（9）：
28、（9）
29、进一步的，所述紧聚焦光学系统入瞳面上用于产生期望光焦场的光场分布计算公式如下式：
30、（10）
31、 其中，为入射场的极坐标，为紧聚焦光学系统的物镜切趾函数，物镜切趾函数。
32、进一步的，利用时间反演技术，将步骤（5）计算所得的入瞳面光场进行反转，即取相对180相移，从步骤（1）所搭建的紧聚焦光学系统两侧的入瞳面照射汇聚，通过deby矢量衍射积分理论，可求得焦区电场分布如式（11）：
33、 （11）
34、其中为波长，为高数值孔径物镜汇聚角，为式（10）所示的入射场经过物镜弯折之后的球面波前分布；通过式（11）所得到的焦区电场数据，可用于分析并表征焦区光场的特征。
35、由上述对本专利技术结构的描述可知，和现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
36、本专利技术综合天线辐射理论和时间反演方法，通过将一根磁流线源天线放置于紧聚焦光学系统的中心，其上载以均匀同相分布的磁流（其中，磁流线源天线的空间指向为，其中和分别为其朝向的极角和方位角）；该磁流线源天线的辐射场叠加与其空间指向相对应的螺旋相位因子后往聚焦系统外侧辐射，整体辐射场被聚焦系统收集并准直到入瞳面；通过反转此时入瞳面的辐射场，作为入射场，并向聚焦系统焦区内侧传播，可在焦区形成指定方向的超分辨无衍射横向光针，即利用利用均匀磁流线源天线的辐射场叠加规定的螺旋相位因子，获得入瞳面所需矢量光场的解析表达式，以灵活定制超分辨无衍射横向偏振的光针焦场。本方法无需复杂优化过程，且构建的超分辨无衍射横向偏振光针的长度可定制、朝向可调整。依本方法构建的光针，在使用只对横向电场有响应的光学材料或光学仪器方面具有显著本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超分辨无衍射横向偏振光针的产生方法，其特征在于：所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种超分辨无衍射横向偏振光针的产生方法，其特征在于：所述紧聚焦光学系统由两个外形尺寸和光学参数完全相同的高数值孔径物镜构成；
3.根据权利要求1所述的一种超分辨无衍射横向偏振光针的产生方法，其特征在于：所述磁流线源天线的数量为一根，所述磁流线源天线的几何长度为，其几何中心位于紧聚焦光学系统的共焦点；
4.根据权利要求1所述的一种超分辨无衍射横向偏振光针的产生方法，其特征在于：所述磁流线源天线的辐射场，通过对磁流基元的辐射场沿线源天线的整体长度进行积分累加而得到，具体包括如下：
5.根据权利要求4所述的一种超分辨无衍射横向偏振光针的产生方法，其特征在于：计算以空间朝向为法线的所在平面的一阶螺旋相位因子具体步骤如下：
6.根据权利要求5所述的一种超分辨无衍射横向偏振光针的产生方法，其特征在于：所述紧聚焦光学系统入瞳面上用于产生期望光焦场的光场分布计算公式如下式：
7.根据权利要求6所述的一种超分辨无衍射横向偏振光针的产
...【技术特征摘要】
1.一种超分辨无衍射横向偏振光针的产生方法，其特征在于：所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种超分辨无衍射横向偏振光针的产生方法，其特征在于：所述紧聚焦光学系统由两个外形尺寸和光学参数完全相同的高数值孔径物镜构成；
3.根据权利要求1所述的一种超分辨无衍射横向偏振光针的产生方法，其特征在于：所述磁流线源天线的数量为一根，所述磁流线源天线的几何长度为，其几何中心位于紧聚焦光学系统的共焦点；
4.根据权利要求1所述的一种超分辨无衍射横向偏振光针的产生方法，其特征在于：所述磁流线源天线的辐射场，通过对磁流基元的辐射场沿线源天线的整体长度进行积分累加而...
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