本發(fā)明涉及光電，具體地涉及一種基于散射聚焦的沿曲線傳輸?shù)慕股⒐鈭霎a(chǎn)生系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、散射介質(zhì)內(nèi)的微小顆粒會使光波偏離原本的傳播方向，導(dǎo)致光場變得紊亂而形成散斑。早期，人們認(rèn)為散射是不可逆的。2007年，mosk課題組利用波前調(diào)制技術(shù)改變了光經(jīng)過散射介質(zhì)后的波前相位，使其實(shí)現(xiàn)了介質(zhì)后的聚焦，這一研究引起了廣泛關(guān)注。此外，光在復(fù)雜介質(zhì)中的傳播過程還被證實(shí)了可以使用矢量傳輸矩陣(vtm)進(jìn)行表征。短短十幾年，基于波前整形技術(shù)的散射光場調(diào)控已經(jīng)得到了飛速發(fā)展，并且在許多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。

2、隨著基于波前整形的散射光場調(diào)控技術(shù)的發(fā)展，操縱穿過散射介質(zhì)的光場的相位引起了越來越多的興趣。同樣的，具有特殊相位分布的焦散光場因其具有的特殊的聚焦特性引起了學(xué)者們的關(guān)注。但對于焦散光束的多數(shù)研究僅限于傳統(tǒng)條件下，而將其在高階散射介質(zhì)后進(jìn)行重建與調(diào)控的研究目前還并不豐富。

3、2012年，tripathi等提出了一種測量vtm的方法。這種方法可以通過四步相移法對散射介質(zhì)的vtm進(jìn)行測量，并通過相位共軛對目標(biāo)光場進(jìn)行聚焦，但聚焦的光場通常沿直線傳輸并且只具有較短的傳輸距離，就目前而言，市面上還沒有一種靈活且穩(wěn)定的方法可以將沿任意方向彎曲傳輸?shù)慕股⒐鈭鲈谏⑸浣橘|(zhì)后重建出來，探究這種方法是目前亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺失，本發(fā)明提供了一種基于散射聚焦的沿曲線傳輸?shù)慕股⒐鈭霎a(chǎn)生系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)對以正交圓偏振光為基的矢量光場的矢量傳輸矩陣的計算，并且利用矢量傳輸矩陣實(shí)現(xiàn)經(jīng)過高階散射介質(zhì)后的矢量光場的重建，并可以通過對介質(zhì)后散斑內(nèi)不同偏振態(tài)分量的提取計算對應(yīng)的矢量傳輸矩陣，并利用不同分量的矢量傳輸矩陣實(shí)現(xiàn)經(jīng)過散射介質(zhì)后的不同偏振態(tài)多點(diǎn)同時聚焦，且能夠?qū)崿F(xiàn)聚焦位置的任意調(diào)控。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于散射聚焦的沿曲線傳輸?shù)慕股⒐鈭霎a(chǎn)生系統(tǒng)，包括：

3、激光器，用于發(fā)射激光并入射4f系統(tǒng)；

4、所述4f系統(tǒng)，用于將兩束正交圓偏振光疊加生成矢量光場，包含能夠?qū)鈭鱿辔贿M(jìn)行調(diào)制的空間光調(diào)制器，第一傅里葉透鏡，第二傅里葉透鏡，雙孔濾波器，雙膠合波片和一塊朗奇光柵；依次排列順序?yàn)榭臻g光調(diào)制器，第一傅里葉透鏡，雙孔濾波器，雙膠合波片，第二傅里葉透鏡，朗奇光柵，雙孔濾波器緊貼雙膠合波片，除此之外各元件間距離均為傅里葉透鏡焦距f。激光入射到空間光調(diào)制器后通過雙孔濾波器提取其后譜面上x軸與y軸的+1階光束，分別使兩束光通過雙膠合波片的不同膠合面轉(zhuǎn)換為正交的左旋與右旋偏振方向的圓偏振光，最后通過朗奇光柵將兩束光合束為矢量光束；

5、高階散射介質(zhì)，用于讓矢量光束穿過發(fā)生散射；

6、第一顯微物鏡、第二顯微物鏡，用于對在所述高階散射介質(zhì)后產(chǎn)生的散斑進(jìn)行縮放；第一顯微物鏡用于將入射光的能量進(jìn)行匯聚以穿透高階散射介質(zhì)，第二顯微物鏡用于收集穿透高階散射介質(zhì)后散射的光信號；

7、cmos接收器用于接收第二顯微物鏡收集的光信號并傳輸至控制裝置中；

8、其中，利用基于4f系統(tǒng)的相位調(diào)制，所生成的矢量光場如以下公式一所示：

9、

10、其中a0是振幅，a表示焦散系數(shù)，λ表示波長，r＝b1x+b2y表示直角坐標(biāo)系中的任意方向，φ0表示初相位，δ1和δ2分別為加載到空間光調(diào)制器中的x方向和y方向的附加相位，該焦散光場主要由焦散系數(shù)a與方向r決定，即通過調(diào)控焦散系數(shù)與方向等參數(shù)，可獲得相應(yīng)焦散強(qiáng)度與彎曲方向的焦散光場。

11、進(jìn)一步地，由兩個正交所述左旋與右旋偏振方向的圓偏振光相干疊加得到矢量光場穿過所述高階散射介質(zhì)，其矢量傳輸矩陣(vtm)如以下公式二所示：

12、

13、其中m,n,p,q分別表示輸入平面(m,n)點(diǎn)和輸出平面(p,q)點(diǎn)。

14、進(jìn)一步地，矢量光束透過第一顯微物鏡聚焦在高階散射介質(zhì)上，然后被第二顯微物鏡收集以強(qiáng)度散斑圖形式傳輸?shù)絚mos接收器，以hadamard矩陣的每一列作為輸入模式，根據(jù)四步移相法并通過測量相應(yīng)的輸入模式校準(zhǔn)元素，從而得到高階散射介質(zhì)矢量傳輸矩陣(vtm)的全部組分。

15、進(jìn)一步地，憑借對矢量傳輸矩陣(vtm)整體進(jìn)行共軛運(yùn)算，得到調(diào)制波前相位并加載至空間光調(diào)制器，從而克服高階散射介質(zhì)帶來的散射效應(yīng)，空間光調(diào)制器的調(diào)制函數(shù)如以下公式三所示：

16、

17、其中γ表示調(diào)制深度，f0表示空間載頻，和分別表示左旋和右旋圓偏基的攜帶相位分布，左旋與右旋圓偏振光分別通過與進(jìn)行調(diào)控，從而能在散射介質(zhì)后產(chǎn)生沿曲線傳輸?shù)慕股⒐鈭觯ㄟ^改變焦散系數(shù)a與方向r，可以產(chǎn)生得到目標(biāo)焦散和彎曲方向的焦散光場。

18、進(jìn)一步地，所述高階散射介質(zhì)為220砂度的各向同性的磨砂玻璃或是由氧化鋅(zno)納米顆粒制成的各向異性材料。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

20、(1)能夠在散射介質(zhì)后產(chǎn)生可彎曲傳輸?shù)慕股⒐鈭觯鋫鬏敺绞絽^(qū)別于傳統(tǒng)散射聚焦光場的直線傳輸方式。

21、(2)靈活性高，能夠通過對焦散系數(shù)與方向參數(shù)的調(diào)控生成沿任意方向彎曲傳輸?shù)慕股⒐鈭觯赏瑫r產(chǎn)生多個沿不同方向傳輸?shù)慕股⒐鈭觯医Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

22、(3)適用于需要在高階散射介質(zhì)后同時聚焦沿不同方向曲線傳輸?shù)慕股⒐鈭龅念I(lǐng)域，具有操作便捷，靈活調(diào)控，效果穩(wěn)定等特點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種基于散射聚焦的沿曲線傳輸?shù)慕股⒐鈭霎a(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于散射聚焦的沿曲線傳輸?shù)慕股⒐鈭霎a(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于：由兩個正交所述左旋與右旋偏振方向的圓偏振光相干疊加得到矢量光場穿過所述高階散射介質(zhì)(9)，其矢量傳輸矩陣(vtm)如以下公式二所示：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于散射聚焦的沿曲線傳輸?shù)慕股⒐鈭霎a(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于：矢量光束透過第一顯微物鏡(8)聚焦在高階散射介質(zhì)(9)上，然后被第二顯微物鏡(10)收集以強(qiáng)度散斑圖形式傳輸?shù)絚mos接收器(11)，以hadamard矩陣的每一列作為輸入模式，根據(jù)四步移相法并通過測量相應(yīng)的輸入模式校準(zhǔn)元素，從而得到高階散射介質(zhì)(9)矢量傳輸矩陣(vtm)的全部組分。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于散射聚焦的沿曲線傳輸?shù)慕股⒐鈭霎a(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于：憑借對矢量傳輸矩陣(vtm)整體進(jìn)行共軛運(yùn)算，得到調(diào)制波前相位并加載至空間光調(diào)制器(2)，從而克服高階散射介質(zhì)(9)帶來的散射效應(yīng)，空間光調(diào)制器(2)的調(diào)制函數(shù)如以下公式三所示：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于散射聚焦的沿曲線傳輸?shù)慕股⒐鈭霎a(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于：所述高階散射介質(zhì)(9)為220砂度的各向同性的磨砂玻璃或是由氧化鋅(zno)納米顆粒制成的各向異性材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于散射聚焦的沿曲線傳輸?shù)慕股⒐鈭霎a(chǎn)生系統(tǒng)，包括激光器，用于發(fā)射激光并入射4f系統(tǒng)；所述4f系統(tǒng)，用于將兩束正交圓偏振光疊加生成矢量光場，包含能夠?qū)鈭鱿辔贿M(jìn)行調(diào)制的空間光調(diào)制器，第一傅里葉透鏡，第二傅里葉透鏡，雙孔濾波器，雙膠合波片和一塊朗奇光柵；依次排列順序?yàn)榭臻g光調(diào)制器，第一傅里葉透鏡，雙孔濾波器，雙膠合波片，第二傅里葉透鏡，朗奇光柵，雙孔濾波器緊貼雙膠合波片，除此之外各元件間距離均為傅里葉透鏡焦距f；能夠在散射介質(zhì)后產(chǎn)生可彎曲傳輸?shù)慕股⒐鈭觯鋫鬏敺绞絽^(qū)別于傳統(tǒng)散射聚焦光場的直線傳輸方式。

技術(shù)研發(fā)人員：陳瑞品,周煜涵,李光澤,張露鴻,曹寧晨,米仕軒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28