申请/专利权人：北京理工大学

申请日：2024-03-22

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN118259387A

主分类号：G02B5/18

分类号：G02B5/18;G02B27/00;G02B27/42;G02B27/28

优先权：

专利状态码：在审-公开

法律状态：2024.06.28#公开

摘要：本发明公开了一种可实现高维多自由度光场调控的纯相位衍射光学器件及其设计方法。该器件可对入射光场的波矢、相位、振幅、轨道角动量、模场分布及偏振六个自由度进行高维协同调控。在该器件的设计过程中，对波矢、相位、振幅自由度的调控经由透过率函数及系数迭代优化设计实现；对光束轨道角动量及模场分布自由度的调控经由基于人工智能技术构造的双塔型相位生成网络实现；对光场偏振自由度的调控通过光子自旋霍尔效应引入的几何相位调制实现。本发明有效拓宽了光场调控自由度的数目及维度，可应用于超分辨率成像、精密测量、光通信以及量子计算等诸多领域。

主权项：1.一种可实现高维多自由度光场调控的纯相位衍射光学器件，其特征在于，可对入射光场的波矢、相位、振幅、轨道角动量、模场分布及偏振六个自由度进行高维协同调控：第一步：对波矢、相位和振幅自由度调控由下式实现： 其中，x，y为直角坐标，a，b分别为x，y方向的衍射级次，γx，γy，分别为x，y方向上的空间频率，ψa，b为衍射级a，b处的相位，Aa，b为衍射级a，b处的系数；根据目标波矢、相位及振幅分布，通过设定参数a、b调控波矢；针对每一个波矢对应的光束，设定参数ψa，b调控其相位；对调制函数纯相位化后，再采用迭代方法优化系数Aa，b调控振幅，得到调控纯相位透过率函数以此实现了对波矢、相位和振幅自由度的高维协同调控；第二步：对每一个波矢衍射级a，b处对应的光束，调控其轨道角动量及模场分布；本发明采用经训练后的双塔型相位生成网络来对目标光束的复振幅信息进行多次卷积采样，实现对轨道角动量及模场分布特征提取，在特征域中构建其特征金字塔实现信息的多尺度融合来生成含有强度信息补偿的轨道角动量与模场分布调控纯相位透过率函数实现对轨道角动量及模场分布的高维协同调控；第三步：调控偏振自由度；按照下式将前述第一步和第二步的纯相位透过率函数结合得到调制相位Γ： 其中，arg表示取幅角，此时已实现五个自由度的高维协同调控；在衍射器件加工过程中，选取液晶等双折射材料，根据入射光波长设计调控器件厚度，基于光子自旋霍尔效应，使入射光束的寻常光和异常光之间产生π相位延迟，通过控制各位置x，y处的双折射介质的快轴取向α并使其满足α＝Γ2，可分别对入射光束的左旋及右旋圆偏分量分别引入Γ和-Γ的相位调制，以此实现偏振各向异性调控，即调控了偏振自由度。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京理工大学 一种可实现高维多自由度光场调控的纯相位衍射光学器件

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