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专利号: 2023104519948
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于散射聚焦的高分辨率焦散矢量涡旋光场产生系统,其特征在于:包括激光发生器、基于两束正交圆偏光的叠加生成矢量光场的4f系统(1)、对目标进行汇聚的显微物镜(3)、散射介质(4)、对目标进行放大的显微物镜(5)、CMOS接收器(6)和控制装置,其中4f系统(1)中包含对相位进行调制的空间光调制器(2),对目标进行汇聚的显微物镜用于将入射光的能量进行汇聚以穿透散射介质(4),对目标进行放大的显微物镜用于收集散射介质(4)后的散射信号;4f系统(1)包括对相位进行调制的空间光调制器(2)、两个傅里叶透镜、一个双孔滤波器、双胶合 波片和一个朗奇光栅组成,通过双孔滤波器提取空间光调制器(2)反射后谱面上x轴和y轴的+1阶光束,并使两束光分别通过双胶合 波片的不同胶合面转换为左旋、右旋圆偏振光,再通过朗奇光栅将左旋、右旋圆偏振光共线叠加生成目标矢量光束,不同偏振和相位分布的输入光场依赖于加载在空间光调制器(2)上的全息图;

利用基于4f系统(1)的相位调制,所生成的焦散矢量涡旋光场如以下公式一所示: (公式一);

其中A0表示振幅, , ,

, ,n表示涡旋拓扑荷数,a表示焦散系数,

 ,表示波长, 表示极坐标系中的极径, 表示初相位, 和

分别为加载到空间光调制器(2)x方向和y方向的附加相位,该焦散矢量涡旋光场主要由 和 中的焦散相位项 与涡旋相位项 决定,即通过调控焦散系数a与涡旋拓扑荷数n的参数,获得相应焦散强度与目标涡旋相位的焦散矢量涡旋光场。

2.根据权利要求1所述的一种基于散射聚焦的高分辨率焦散矢量涡旋光场产生系统,其特征在于:由两个正交圆偏振光相干叠加得到矢量光场穿过散射介质(4),其矢量传输矩阵(VTM)如以下公式二所示为:   (公式二);

其中m,n,p,q分别表示输入平面(m,n)点和输出平面(p,q)点,矢量光束透过对目标进行汇聚的显微物镜(3)聚焦在散射介质(4)上,然后被对目标进行放大的显微物镜(5)收集并以散斑强度图传输到CMOS接收器(6),以Hadamard矩阵的每一列作为输入模式,根据四步移相法并通过测量相应的输入模式校准元素,从而得到散射介质(4)矢量传输矩阵(VTM)的全部组分。

3.根据权利要求2所述的一种基于散射聚焦的高分辨率焦散矢量涡旋光场产生系统,其特征在于:凭借对矢量传输矩阵(VTM)整体进行共轭运算,将得到的调制波前相位加载至空间光调制器(2),以克服散射效应,空间光调制器(2)的调制函数如以下公式三表示为:  (公式三);

其中 表示调制深度, 表示空间载频, , ,

n表示涡旋拓扑荷数,a表示焦散系数,  , 表示波长, 表示极坐标

系中的极径, 表示初相位, 和 表示左旋和右旋圆偏基的携带的相位分布,再将目标的焦散矢量涡旋光场的相位分布附加到空间光调制器2中的调制波前相位中,从而能在散射介质(4)后产生具有空间变化偏振状态的高分辨率焦散矢量涡旋光束,通过改变焦散系数a与涡旋拓扑荷数n,产生得到目标焦散和涡旋强度的高分辨率焦散矢量涡旋光场。

4.根据权利要求3所述的一种基于散射聚焦的高分辨率焦散矢量涡旋光场产生系统,其特征在于:通过在空间光调制器(2)的全息相位图中附加角向相位 ,可在散射介质(4)后产生带有角向偏振态变化的高分辨率焦散矢量涡旋光场,空间光调制器(2)的调制函数如以下公式四表示为:  (公式四);

其中, , ,n表示涡旋拓扑荷

数,m表示角向拓扑荷数。

5.根据权利要求1所述的一种基于散射聚焦的高分辨率焦散矢量涡旋光场产生系统,其特征在于:所述散射介质(4)为220砂度的各向同性的磨砂玻璃。