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摘要：本发明公开了一种控制对称皮尔斯高斯涡旋光束轨迹及聚焦的方法及系统，该方法包括使用计算机仿真模拟平面波与对称皮尔斯高斯涡旋光束干涉，获取相位全息图后加载到空间光调制器中；光照射至空间光调制器后，经过4f系统进行滤波，获得对称皮尔斯高斯涡旋光束；将获得的对称皮尔斯高斯涡旋光束通过动态均匀运动抛物势介质进行轨迹外调控，获得调控后的对称皮尔斯高斯涡旋光束；将获得调控后的对称皮尔斯高斯涡旋光束在无扰动的空气中传输，就得到对称皮尔斯高斯涡旋光束沿预先设定好的抛物轨迹进行传输。本发明通过灵活配置动态均匀抛物势或改变光束横向位移量、涡旋位置可以实现灵活控制对称皮尔斯高斯涡旋光束轨迹及聚焦特性。

主权项：1.一种控制对称皮尔斯高斯涡旋光束轨迹及聚焦的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、使用计算机仿真模拟平面波与对称皮尔斯高斯涡旋光束干涉，将光束的振幅和相位信息以干涉条纹的形式呈现，获取相位全息图后加载到空间光调制器中；S2、空间光调制器加载相位全息图；S3、开启激光器发射高斯光束；S4、高斯光束通过半波片和偏振分束棱镜加以处理，使激光功率可控制且调整偏振方向符合空间光调制器所需的偏振方向一致；S5、扩束器对偏振处理后的高斯光束进行准直扩束处理；S6、于扩束器斜45°位置放置的反射镜来折叠光路，将扩束后的高斯光束反射至空间光调制器后继续传播；S7、光照射至空间光调制器后，经过4f系统进行滤波，获得对称皮尔斯高斯涡旋光束；S8、将获得的对称皮尔斯高斯涡旋光束通过动态均匀运动抛物势介质进行轨迹外调控，获得调控后的对称皮尔斯高斯涡旋光束；所述动态均匀运动抛物势介质折射率需提前配置好；S9、将获得调控后的对称皮尔斯高斯涡旋光束在无扰动的空气中传输，就得到对称皮尔斯高斯涡旋光束沿预先设定好的抛物轨迹进行传输；对称皮尔斯高斯涡旋光束通过动态均匀运动抛物势介质进行轨迹外调控的具体调控过程为：一维初始平面的对称皮尔斯高斯涡旋光表达式为 其中，ψ0是一维初始平面的对称皮尔斯高斯涡旋光束包络函数；x和z分别为横向坐标和传播距离，Pe.是皮尔斯函数，σ是截断因子，b1表示沿x轴的分布因子，xj为涡旋相位位错的坐标位置，w0表示高斯光束的初始光束宽度，x0表示横向位移；经动态均匀运动抛物势轨迹外调控，在数学表达式上即将光束带入近轴薛定谔方程：其中，i为虚数，ψ为光束包络线，α控制抛物势的深度,动态函数mz是操纵光束的动态行为和确定传播轨迹的关键；不同形式的动态函数mz会导致不同轨迹的光束传播；将均匀运动抛物势设置为mz＝μz+v，其中μ表示线性函数的斜率，v是初始偏置位置；与抛物势介质材料有关的参数α、μ、v用来配置抛物势；代入并做X＝x-μz-v，Z＝z变量替换后得到经外调控后的对称皮尔斯涡旋光的传输表达式： 其中，R＝α2w02-4iσP， Cx0＝2iαx02σcotαZ-w02μ2-4ix0σμDx0,X＝iαx0w02σcotαZ-iw02σμ-iw02σXcscαZ-2σxjTEx0,X＝-iw0μ+2ix0w0P-iw0XcscαZ，通过分析对称皮尔斯高斯涡旋光在均匀运动抛物线势中传播的最终解析表达式，推导出涡旋轨迹表达式的形式为：x＝μz+v-μsinαz+αx0cosαz涡旋轨迹认为是线性运动mz＝μz+v和两个不同振幅的单谐运动—斜率μ控制的正弦函数和振幅为αx0的余弦函数的叠加；对称皮尔斯高斯涡旋光束通过动态均匀运动抛物势介质进行轨迹外调控的具体调控过程为：二维初始平面的对称皮尔斯高斯涡旋光表达式为：Ψx,y＝X1xY1y+iX2xY2y其中， 其中Pe.是皮尔斯函数，x和y分别为横向坐标和纵向坐标，σ是截断因子，b1、b2分别表示沿x轴、y轴的分布因子，xj,yj为涡旋相位位错的坐标位置，w0表示高斯光束的初始光束宽度，x0、y0分别表示x方向和y方向的横向位移；同样，将其带入到2+1维薛定谔方程得到二维自由空间中在均匀运动抛物线势中传播的对称皮尔斯高斯涡旋光束表达式Ψx,y,z＝X1x,zY1y,z+iX2x,zY2y,z其中 Cy0＝2iαy02σcotαZ-w02μ2-4iy0σμEy0，Y＝-iw0μ+2iy0w0P-iw0YcscαZDy0，Y＝iαy0w02σcotαZ-iw02σμ-iw02σYcscαZ-2σyjTY＝y-μz-v对称皮尔斯高斯涡旋光束通过动态均匀运动抛物势介质进行轨迹外调控，推导出三维涡旋轨迹表达式的形式为： 其中fz代表xz平面的轨迹曲线，gz代表yz平面的轨迹曲线，yx代表xy平面的轨迹曲线，μ表示线性函数的斜率，v是初始偏置位置，x0、y0表示x方向和y方向的横向位移，α为抛物势的深度；能看出轨迹形式不仅与α值、v值和μ值有关，还与涡旋位置x0和y0有关。

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百度查询： 华南师范大学 控制对称皮尔斯高斯涡旋光束轨迹及聚焦的方法及系统