[发明专利]三维聚焦阵列实时动态精密调控装置及方法

权利要求书

1.一种三维聚焦阵列实时动态精密调控装置，其特征在于，包括激光器(1)、线偏振片(2)、衰减片(3)、物镜(4)、滤波小孔(5)、透镜(6)、分光棱镜(7)、空间光调制器(8)、透镜(10)和CCD(11)构成的成像系统以及计算机(12)，所述的激光器(1)的输出光依次经线偏振片(2)、衰减片(3)、物镜(4)、滤波小孔(5)和透镜(6)入射到分光棱镜(7)，经分光棱镜(7)透射的光入射到空间光调制器(8)，经空间光调制器(8)调制的衍射光沿原路返回到分光棱镜(7)，再经分光棱镜(7)反射的光入射到成像系统上，所述的计算机(12)分别与空间光调制器(8)以及成像系统相连。

2.根据权利要求1所述的三维聚焦阵列实时动态精密调控装置，其特征在于，所述的线偏振片(2)将所述的激光器(1)输出光的偏振方向调整到与所述的空间光调制器(8)的液晶面板的长边平行，保证所述的空间光调制器(8)的线性响应。

3.根据权利要求1所述的三维聚焦阵列实时动态精密调控装置，其特征在于，所述的衰减片(3)将所述的激光器(1)输出光的能量衰减，以便于所述的成像系统对聚焦阵列(9)进行记录。

4.根据权利要求1所述的三维聚焦阵列实时动态精密调控装置，其特征在于，通过调节所述的物镜(4)、滤波小孔(5)和透镜(6)将所述的激光器(1)的输出光滤波准直为平面波，该平面波垂直入射到空间光调制器(8)的液晶面板上。

5.利用权利要求1-4任一所述的三维聚焦阵列实时动态精密调控装置进行实时动态调控的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

步骤1)根据需求预设聚焦阵列(9)中焦斑的位置、形状、等效半径以及能量分布，且焦斑的等效半径小于50微米；

基于同轴相位全息的成像特性设置与预设的聚焦阵列(9)关于空间光调制器(8)成镜像对称的虚拟调制区域；

步骤2)利用虚拟调制区域生成的衍射场构造全息相位信号Θ_∑：

步骤2.1)利用菲涅尔衍射积分方程计算虚拟调制区域形成的衍射场U(x₂,y₂)。用衍射场U(x₂,y₂)减去背景场U_R得到调制场U_O。以U_R作为参考光，U_O作为物光，计算强度调制度M，公式如下：

M＝[U₀^*U_R+U₀U_R^*-min(U₀^*U_R+U₀U_R^*)]/|U_R|².

式中，U_R^*和U₀^*分别表示参考光的共轭项以及物光的共轭项，min(U₀^*U_R+U₀U_R^*)表示U₀^*U_R+U₀U_R^*的最小值；

步骤2.2)计算全息相位信号Θ_∑：

式中，n＝0表示对聚焦阵列中所有焦斑的能量只进行等比例调控；n≥1表示对聚焦阵列中n个焦斑的能量进行独立调控，对聚焦阵列中其余焦斑的能量进行等比例调控，其中P₁,P₂,…,P_n是与n个焦斑对应的权重因子，M₁,M₂,…,M_n是与n个焦斑对应的强度调制度；

步骤3)将全息相位信号Θ_∑加载到空间光调制器(8)上。通过空间光调制器(8)对入射平面波的波前进行调制，使衍射光波形成的聚焦阵列与预设聚焦阵列(9)一致，并用成像系统记录聚焦阵列中焦斑的位置、形状、等效半径以及能量分布；

步骤4)根据需求重新设定聚焦阵列(9)，重复步骤1)到步骤3)计算新的全息相位并加载到空间光调制器(8)上形成新的聚焦阵列并记录，直到调控过程结束。