[发明专利]一种纳米球光场的前向零散射调控方法

说明书

一种纳米球光场的前向零散射调控方法，假设原光场由入射光和原光学纳米球形成，其特征在于：在所述原光场的原光学纳米球体系中加入具有光学增益特性的增益纳米球作为光学增益介质，并利用光纤泵浦方式激励该光学增益介质实现增益，且通过调节光纤泵浦的激励强度来调整光学增益介质增益强度，从而实现光场前向零散射。本发明采用增益补偿方式，通过增益与损耗之间的调制关系，进而实现纳米球光场的前向散射调控。其特点：一是实现了无源调控方法中无法实现的物体前向零散射；二是可以通过调制增益强度来实现物体的前向零散射，甚至任意方向零散射；三是结构相对简单，容易实现，效率高且效果好。

技术领域

本发明涉及光场调控技术领域，特别涉及一种纳米球光场的前向零散射的调控方法。该方法利用有源增益的方法对散射进行调控，从而达到光场前向零散射的调控目的。

背景技术

散射是指粒子将入射波的能量吸收一部分并且重新辐射到空间的过程。到目前为止，大量的研究致力于研究物体的散射，而散射调控成为了研究的一大热点，可使用在隐身斗篷，纳米天线，医疗，传感器，光发射器以及光伏器件中，超低散射截面可应用在隐身斗篷以及非侵入式测量中。吸收屏以及反向反射涂层已经应用在天线，飞行器等上面。然而结构复杂性、固有的带宽限制以及所适合的物体大小对应用提出了较高的要求。

由于光学定理的限制，其前向的散射相较于其他方向较大，Kerker提出了前向散射近似等于零的条件，但是要求物体的参数尺寸要远小于波长，且磁导率要满足一定条件。传统的散射调控分为基于超材料结构的散射调控；基于光学变换的散射调控；基于光栅结构的散射调控；基于光子晶体的散射调控；基于周围高介电常数结构的散射调控；基于等离基元的散射调控。以上六种散射调控方法在光场调控领域中均属于无源调控方法。这类调控方法最突出的问题是：因能量守恒原理，除了适用于特征尺寸远小于波长的具有磁性的球体的KerKer条件外，基于无源系统的散射调制是无法实现前向零散射的调控目标。另外，由于散射方向的改变往往需要通过改变具体的结构，很难满足散射可调灵活性的要求，调控的效果差。

中国专利CN106950195A于2017年7月14日公开了一件名称为《基于散射介质的可编程光学元件及光场调控系统和方法》，申请号为201710103303.X的发明专利申请。该申请案为了解决传动光学元件功能单一、成本高以及调控能力差等问题，采用的技术方案：针对被调控光场依次设置光源扩束模块、调制模块、散射介质显微模块和探测模块，并且在调制模块与探测模块间设有数据处理模块。由计算机循环控制空间光调制器调制输入光场，探测器探测输出光场，进行数据整形，测得散射介质光学传输矩阵，并作为可编程智能光学元件，结合光学相位共轭、相位恢复及散斑重建等方法实现光场调控。显然，上述技术方案属于有源调控方法，但存在以下不足：一是为了满足散射调控的要求，对探测的精度要求高(包括散射强度和散射相位)，很难做到精确探测，特别是加入了输入光场就很难探测到准确的散射量，所以最终很难做到精确调控；二是由于设置有光源扩束模块、调制模块、散射介质显微模块、探测模块和数据处理模块，结构复杂，制造工艺要求高。

有鉴于此，如何设计一种结构简单而且调控效果更好的有源散射调控方法是本发明研究的课题。

发明内容

本发明提供一种纳米球光场的前向零散射调控方法，其目的是要解决现有技术中有源调控方法结构复杂和调控效果不佳的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种纳米球光场的前向零散射调控方法，假设原光场由入射光和原光学纳米球形成，其创新在于：

在所述原光场的原光学纳米球体系中加入具有光学增益特性的增益纳米球作为光学增益介质，并利用光纤泵浦方式激励该光学增益介质实现增益，且通过调节光纤泵浦的激励强度来调整光学增益介质增益强度，从而实现光场前向零散射。

上述技术方案中的有关内容解释如下：