[发明专利]映射空间相位至时空光场时空域相位的方法

说明书

本发明提供一种映射空间相位至时空光场时空域相位的方法，包括步骤：S1：将准直的时空光场波包入射至调制器；S2：将第一分光元件、第一光学准直元件和相位调控元件的间距调节为第一光学准直元件的焦距；S3：若相位调控元件为反射式器件，经过相位调控后，时空光场波包将按原路返回第一分光元件；若相位调控元件为透射式器件，则时空光场波包经相位调控后，经第二光学准直元件和第二分光元件重构为准直的出射时空光场；S4：出射时空光场在调制器后，其在时空域内的相位为调制器中相位调控元件所施加空间相位的映射。本发明的一种映射空间相位至时空光场时空域相位的方法，解决了传统方法无法对光场时空域相位进行直接相位调控的问题。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种映射空间相位至时空光场时空域相位的方法。

背景技术

光场指在时间域和空间域内有特定分布的光学频率电磁场。通常情况下，对于光场的研究可以分为在横向x-y面内分布的光场，即对光束的研究；在时间域内分布的光场，即对光脉冲的研究，和在x-y平面内以及时域内分别有特定分布的三维波包。对于时空域内不耦合的三维波包，其光场可以由E(x,y,t)＝E(x,y)·E(t)的形式表达。

近年来，科学家们发现在时空域内耦合的三维波包可以具有独特的时空传播特性和物理特性，对于研制新型的光量子器件、新型光量子通信以及基础物理学的研究都有重要意义，时空光场也因此成为了新的研究热点。例如，具有特定分布时空光场可以实现显著的反常时空折射现象。光场在传播过程中可以“违背”古老的斯涅尔定律，在经过界面后以可控的群速度传播。这样的时空光场可以为新型遥感、地下成像、光学同步、相控阵雷达等技术应用提供新的可能性。

产生新型的时空光场需要新的光场调控技术，传统的光场调控技术依赖于利用相位调控元件对光场在横向x-y面内的相位进行调控，以及利用基于一维傅里叶变换的脉冲整形技术对光场在时间域内的相位进行调控。对于新型时空光场，尤其是时空域内耦合的复杂时空光场，这些技术缺乏对光场在时空域内相位进行调控的能力。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种映射空间相位至时空光场时空域相位的方法，所产生的时空光场可在时空域内携带复杂时空相位，解决了传统方法无法对光场时空域相位进行直接相位调控的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种映射空间相位至时空光场时空域相位的方法，包括步骤：

S1：将准直的时空光场波包入射至一调制器，所述调制器包括依次排列的第一分光元件、第一光学准直元件和相位调控元件；

S2：将所述第一分光元件、所述第一光学准直元件和所述相位调控元件的间距调节为所述第一光学准直元件的焦距，入射的所述时空光场波包的空间频率域光场被投影于所述相位调控元件所在平面；

S3：若所述相位调控元件为反射式器件，经过相位调控后，所述时空光场波包将按原路返回所述第一分光元件，并重构为准直的出射时空光场；

若所述相位调控元件为透射式器件，则所述时空光场波包经相位调控后，经过一组与所述第一分光元件和所述第一光学准直元件镜像对称的第二光学准直元件和第二分光元件，并重构为准直的出射时空光场；

S4：所述出射时空光场在所述调制器后，其在时空域内的相位为所述调制器中相位调控元件所施加空间相位的映射。

优选地，所述第一分光元件和所述第二分光元件包括反射式光栅、透射式光栅或三棱镜；所述第一光学准直元件和所述第二光学准直元件包括柱透镜或柱面镜；所述相位调控元件包括空间光调制器、相位面板或可变形反射镜。

优选地，所述S4步骤中，所述空间相位至时空光场时空域相位的映射关系可由公式(1)～(4)获得：

φ(x′，y′)＝φ(x，a·Ω) (1)；