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专利号: 2025100847923
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.基于散射聚焦实现多偏振态光场于异位点聚焦的光学系统,其特征在于,包括:

激光器,用于发射激光并入射4f系统(1);

所述4f系统(1),用于将两束正交圆偏振光叠加生成矢量光场,包含能够对光场相位进行调制的空间光调制器(2),第一傅里叶透镜(3),第二傅里叶透镜(6),双孔滤波器(4),双胶合 波片(5)和一块朗奇光栅(7);依次排列顺序为空间光调制器(2),第一傅里叶透镜(3),双孔滤波器(4),双胶合 波片(5),第二傅里叶透镜(6),朗奇光栅(7),双孔滤波器(4)紧贴双胶合 波片(5),除此之外各元件间距离均为傅里叶透镜焦距f。激光入射到空间光调制器(2)后通过双孔滤波器(4)提取其后谱面上x轴与y轴的+1阶光束,分别使两束光通过双胶合 波片(5)的不同胶合面转换为正交的左旋与右旋偏振方向的圆偏振光,最后通过朗奇光栅(7)将两束光合束为矢量光束;

高阶散射介质(9),用于让矢量光束穿过发生散射;

第一显微物镜(8)、第二显微物镜(10),用于对在所述高阶散射介质(9)后产生的散斑进行缩放;第一显微物镜(8)用于将入射光的能量进行汇聚以穿透高阶散射介质(9),第二显微物镜(10)用于收集穿透高阶散射介质(9)后散射的光信号;

波片(11)与偏振片(12),用于提取出射散斑中不同偏振态分量,得到不同偏振态的散斑;

CMOS接收器(13)用于接收偏振片(12)后出射的光信号并传输至控制装置中;

其中,利用基于4f系统的相位调制,所生成的矢量光场如以下公式一所示:

其中A0是振幅,δ1和δ2分别为加载到空间光调制器(2)中的x方向和y方向的附加相位。

2.根据权利要求1所述的基于散射聚焦实现多偏振态光场于异位点聚焦的光学系统,其特征在于:由两个正交所述左旋与右旋偏振方向的圆偏振光相干叠加得到矢量光场穿过所述高阶散射介质(9),其矢量传输矩阵(VTM)如以下公式二所示: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。

3.根据权利要求2所述的基于散射聚焦实现多偏振态光场于异位点聚焦的光学系统,其特征在于:矢量光束透过第一显微物镜(8)聚焦在高阶散射介质(9)上,然后被第二显微物镜(10)收集,并由 波片(11)与偏振片(12)提取不同偏振态的分量,以强度散斑图形式传输到CMOS接收器(13),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,从而得到高阶散射介质(9)矢量传输矩阵(VTM)的全部组分。

4.根据权利要求3所述的基于散射聚焦实现多偏振态光场于异位点聚焦的光学系统,其特征在于:凭借对矢量传输矩阵(VTM)整体进行共轭运算,得到调制波前相位并加载至空间光调制器(2),从而克服高阶散射介质(9)带来的散射效应,空间光调制器(2)的调制函数如以下公式三所示:其中γ表示调制深度,f0表示空间载频,δxx,δxy,δyx和δyy分别表示VTM中Txx,Txy,Tyx与Tyy对应的Hadamard基的相位,左旋与右旋圆偏振光分别通过 与进行调控,从而能在散射介质(9)后同时产生多个聚焦在焦平面不同位置

并具有不同偏振态的光场。

5.根据权利要求4所述的基于散射聚焦实现多偏振态光场于异位点聚焦的光学系统,其特征在于:通过在空间光调制器(2)的全息相位图中附加任意目标相位,如扭曲相位uxy,涡旋相位mφ,可在高阶散射介质后焦平面上的不同位置同时聚焦出具有不同偏振态的焦散与涡旋光场,空间光调制器(2)的调制函数如以下公式四表示为:其中δ1=uxy,δ2=mφ。

6.根据权利要求1所述的基于散射聚焦实现多偏振态光场于异位点聚焦的光学系统,其特征在于:所述高阶散射介质(9)为由氧化锌(ZnO)纳米颗粒制成的各向异性材料。