一种基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法、系统、介质及产品

本发明涉及光场调控领域，特别是涉及一种基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法、系统、介质及产品。

背景技术：

1、圆艾里光束最大的魅力就是拥有自聚焦能力。由圆艾里光束演化成的椭圆艾里光束具有两次自聚焦的特性，较单次自聚焦的圆艾里光束具有更大的应用潜力。一阶圆艾里导数光束作为圆艾里光束的深化，具有优异的自聚焦能力。无论在自由空间还是在手性介质中传输时，一阶圆艾里导数光束的自聚焦能力均是相同条件下圆艾里光束的7倍左右。无论是一阶圆艾里导数光束还是圆艾里光束都只发生一次自聚焦，并且都是点聚焦。虽然椭圆艾里光束会进行两次自聚焦，但也都是点聚焦。而均匀的线聚焦相较于传统的点聚焦更有意义，能够提高激光通信系统的传输效率，通过将光束的能量更集中地聚焦，可以减小传输过程中的光损耗，提高数据传输速率和传输距离。因此，能够两次均匀线聚焦的激光束在自由空间光通信中具有明显的优势。在此背景下，如何找到能实现两次均匀的线聚焦的激光束成为目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法、系统、介质及产品，可实现两次均匀线聚焦。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法包括：

4、获取一阶椭圆艾里导数光束在初始平面上的光场表达式；

5、根据所述初始平面上的光场表达式，采用柯林斯积分公式确定一阶椭圆艾里导数光束在自由空间传输时的光场分布表达式；

6、根据所述光场分布表达式，确定一阶椭圆艾里导数光束在自由空间传输时的光强分布表达式；

7、根据所述光强分布表达式，得到一阶椭圆艾里导数光束在自由空间传输时的多张不同光强分布图；

8、根据多张不同光强分布图，确定一阶椭圆艾里导数光束两次均匀线聚焦时的主环半径的取值和椭圆竖轴因子的取值范围。

9、可选地，所述初始平面上的光场表达式为：

10、

11、其中，e(x，y，0)为一阶椭圆艾里导数光束在初始平面z＝0上的光场表达式；x为直角坐标系中横轴x轴上的坐标值；y为直角坐标系中竖轴y轴上的坐标值；a为光强控制参数，a保证一阶椭圆艾里导数光束在初始平面上的峰值光强i0p始终为1；a为指数衰减因子；w0为缩放因子；ai'(·)为一阶艾里导数函数；α为椭圆横轴因子；β为椭圆竖轴因子；r0为主环半径。

12、可选地，所述光场表分布表达式为：

13、

14、其中，e(x，y，z)表示一阶椭圆艾里导数光束在自由空间传输时的光场分布；x表示直角坐标系中横轴x轴上的坐标值；y表示直角坐标系中竖轴y轴上的坐标值；z表示直角坐标系中纵轴z轴上的坐标值；k表示波数，k＝2π/λ，λ表示光束的波长；x′表示初始平面内x轴上的积分变量；y′表示初始平面内y轴上的积分变量；i表示虚数单位；e(x′,y′,0)表示一阶椭圆艾里导数光束在初始平面z＝0上的光场表达式。

15、可选地，所述传输时的光强分布表达式为：

16、i(x，y，z)＝|e(x，y，z)|2；

17、其中，e(x，y，z)表示一阶椭圆艾里导数光束在自由空间传输时的光场分布；i(x，y，z)为一阶椭圆艾里导数光束在自由空间传输时的光强分布。

18、可选地，所述方法还包括：

19、根据所述光强分布表达式，确定一阶椭圆艾里导数光束在自由空间传输时自聚焦能力的表征；所述自聚焦能力由一阶椭圆艾里导数光束在焦平面上和初始平面上的峰值光强表征。

20、可选地，根据所述光强分布表达式，得到一阶椭圆艾里导数光束在自由空间传输时的多张不同光强分布图，具体包括：

21、通过固定光强分布表达式中的固定因子，改变光强分布表达式中的可变因子得到一阶椭圆艾里导数光束在自由空间传输时的多张不同光强分布图。

22、可选地，所述固定因子包括指数衰减因子、缩放因子、椭圆横轴因子和波长；

23、所述可变因子包括主环半径和椭圆竖轴因子。

24、一种计算机系统，包括：存储器、处理器以存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述任一项所述的基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法的步骤。

25、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法的步骤。

26、一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法的步骤。

27、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

28、本发明公开一种基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法、系统、介质及产品，方法包括获取一阶椭圆艾里导数光束在初始平面上的光场表达式；根据所述初始平面上的光场表达式，采用柯林斯积分公式确定一阶椭圆艾里导数光束在自由空间传输时的光场分布表达式；根据所述光场分布表达式，确定一阶椭圆艾里导数光束在自由空间传输时的光强分布表达式；根据所述光强分布表达式，得到一阶椭圆艾里导数光束在自由空间传输时的多张不同光强分布图；根据多张不同光强分布图，确定一阶椭圆艾里导数光束两次均匀线聚焦时的主环半径的取值和椭圆竖轴因子的取值范围，使得一阶椭圆艾里导数光束在恰当的主环半径和一定范围内的椭圆竖轴因子的条件下实现两次均匀的线聚焦，本发明可实现两次均匀线聚焦。

技术特征：

1.一种基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法，其特征在于，所述初始平面上的光场表达式为：

3.根据权利要求1所述的基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法，其特征在于，所述光场表分布表达式为：

4.根据权利要求1所述的基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法，其特征在于，所述传输时的光强分布表达式为：

5.根据权利要求1所述的基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法，其特征在于，所述方法还包括：

6.根据权利要求1所述的基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法，其特征在于，根据所述光强分布表达式，得到一阶椭圆艾里导数光束在自由空间传输时的多张不同光强分布图，具体包括：

7.根据权利要求6所述的基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法，其特征在于，所述固定因子包括指数衰减因子、缩放因子、椭圆横轴因子和波长；

8.一种计算机系统，包括：存储器、处理器以存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-7中任一项所述基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法的步骤。

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法的步骤。

技术总结本发明公开一种基于一阶椭圆艾里导数光束实现两次线聚焦的方法、系统、介质及产品，涉及光场调控领域，方法包括获取一阶椭圆艾里导数光束在初始平面上的光场表达式；根据所述初始平面上的光场表达式，采用柯林斯积分公式确定一阶椭圆艾里导数光束在自由空间传输时的光场分布表达式；根据所述光场分布表达式，确定一阶椭圆艾里导数光束在自由空间传输时的光强分布表达式；根据所述光强分布表达式，得到一阶椭圆艾里导数光束在自由空间传输时的多张不同光强分布图；根据多张不同光强分布图，确定一阶椭圆艾里导数光束两次均匀线聚焦时的主环半径的取值和椭圆竖轴因子的取值范围，本发明可实现两次均匀线聚焦。技术研发人员：周国泉,贺坚,陈嘉昊,徐一清,周益民受保护的技术使用者：浙江农林大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29