[发明专利]一种基于空间偶极子阵的三维多焦斑阵列的产生方法

权利要求书

1.一种基于空间偶极子阵的三维多焦斑阵列的产生方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：采用两个高数值孔径透镜组成4π聚焦系统；

步骤S2：在步骤S1的由两个高数值孔径透镜组成的4π聚焦系统的焦区放置一虚拟的空间偶极子阵；其中，所述空间偶极子阵由M×N×Q个阵元分别沿着X轴、Y轴和Z轴放置的电偶极子构成；

步骤S3：两个所述高数值孔径透镜将空间偶极子阵的全部辐射场从像空间完全收集并准直到光瞳面，通过求解逆问题得到光瞳面上的电场分布；

步骤S4：将步骤S3中的光瞳面上的场分布视为入射场并逆向传输到焦区，在高数值孔径透镜的焦区附近产生具有预定特性的三维多焦斑阵列；

其中，步骤S2中，所述空间偶极子阵的元因子和阵因子分别表示为：

式中，k＝2π/λ为波数，x_m、y_n和z_q代表第(m、n、q)个偶极子的笛卡尔坐标；是球坐标，其中θ是辐射方向与Z轴之间的夹角，是方位角；

根据方向图乘积原理，将偶极子阵列的辐射方向图写为：

其中，步骤S3中，所述空间偶极子阵的全部辐射场即偶极子阵在远区的总辐射电场分布为：

式中，C为系数，表示沿θ方向的单位矢量，表示偶极子阵列的辐射方向图；

所述高数值孔径透镜满足亥姆霍兹条件，且切趾函数P(θ)为：

由此，光瞳面上的电场分布通过下式计算得到：

式中，是光瞳面上的极坐标，表示方位角，表示X轴方向的单位矢量，表示Y轴方向的单位矢量；

其中，步骤S4中，所述在高数值孔径透镜的焦区附近产生具有预定特性的三维多焦斑阵列，其焦场分布利用矢量德拜积分公式求得：

式中，φ＝cos^-1(x/r)。

2.根据权利要求1所述的一种基于空间偶极子阵的三维多焦斑阵列的产生方法，其特征在于：由式(2)推导得到平面偶极子阵的阵因子表示为：

其中，式(3)为XY平面上的平面偶极子阵的阵因子，式(4)为YZ平面上的平面偶极子阵的阵因子，式(5)为XZ平面上的平面偶极子阵的阵因子。

3.根据权利要求1所述的一种基于空间偶极子阵的三维多焦斑阵列的产生方法，其特征在于：由式(2)推导得到直线偶极子阵的阵因子表示为：

其中，式(6)为沿着X轴排列的直线偶极子阵的阵因子，式(7)为沿Y轴排列的直线偶极子阵的阵因子，式(8)为沿Z轴排列的直线偶极子阵的阵因子。

4.根据权利要求1所述的一种基于空间偶极子阵的三维多焦斑阵列的产生方法，其特征在于：由式(2)推导得到一组放置在三维空间任意位置的偶极子的阵因子表示为：