CN113253451B - 一种高维衍射突变光束产生方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种高维衍射突变光束产生方法和系统，其中，该高维衍射突变光束产生方法包括：获取所述高维衍射突变光束的二维光场分布；计算所述高维衍射突变光束的二维光场与平行光干涉后的形成的光场分布，得到所述高维衍射突变光束的全息图；基于所述全息图，利用平行光束和空间光调制器产生所述高维衍射突变光束。本申请通过将高维衍射突变光束从高维空间投影到二维空间，并利用全息技术产生高维衍射突变光束。通过本申请，解决了相关技术中无法产生高维衍射光束的问题。

Description

一种高维衍射突变光束产生方法和系统
技术领域
本申请涉及光学技术及光场调控领域，特别是涉及一种高维衍射突变光束产生方法和系统。
背景技术
在光学领域中，根据光学突变理论，具有不同阶次的突变会在控制参数空间中生成一个特定的稳定衍射结构，称为衍射突变。按照控制参数空间的维数(顺序递增)可以分为折叠、尖点、燕尾、蝴蝶、椭圆形脐带、双曲线脐带和抛物线脐带7种突变，这7种突变分别对应于七种衍射突变光场结构。例如艾里光束：1979年，Berry等人通过求解薛定谔方程得到了一个艾里波包解，但因为其携带无限能量，在实验上无法产生艾里光束，直到2007年，Siviloglou等人通过加上截趾函数的方法，在实验上产生了艾里光束，取得了重大突破，时至今日，艾里光束由于其自加速，自弯曲、自愈等独特的性质，仍然被许多学者关注和研究，并且在诸多方面都有了应用，如光学微加工、光学操纵和光子弹等。艾里光束的强度分布由艾里函数决定，从突变理论出发，艾里函数的数学形式与突变型中的折迭突变数学结构相同。另一种著名光束，皮尔斯光束，由皮尔斯函数确定，具有传播形式不变的特性，皮尔斯函数的数学形式与突变理论中的尖点突变型相同。上述两种光束都有独特的光场分布和传播特性，未来将有巨大的应用前景。
然而，折迭突变型和尖点突变型是相对低阶的突变形式，随着突变型阶数的提高，其复杂程度也随之上升，实验上产生相应的光束的难度也随之增大。高维衍射突变光束具有自加速特性，可以应用于深度成像、光镊、光学微加工以及光波导结构领域，具有良好的应用前景。但现有技术只能产生低维的衍射突变光束，无法产生光场分布函数具有3个以上变量的高维衍射突变光束。
针对相关技术中存在无法产生高维衍射光束的问题，目前还没有提出有效的解决方案。
发明内容
在本实施例中提供了一种高维衍射突变光束产生方法和系统，以解决相关技术中无法产生高维衍射光束的问题。
第一个方面，在本实施例中提供了一种高维衍射突变光束产生方法，包括：
获取所述高维衍射突变光束的二维光场分布；
计算所述高维衍射突变光束的二维光场与平行光干涉后的形成的光场分布，得到所述高维衍射突变光束的全息图；
基于所述全息图，利用平行光束和空间光调制器产生所述高维衍射突变光束。
在其中的一些实施例中，所述获取所述高维衍射突变光束的二维光场分布，包括：
根据所述高维衍射突变光束的光场分布函数计算得到所述高维衍射突变光束的二维光场分布；其中，所述高维衍射突变光束的光场分布函数保留两个变量。
在其中的一些实施例中，所述基于所述全息图，利用平行光束和空间光调制器产生所述高维衍射突变光束包括：
将所述全息图输入所述空间光调制器；
向所述空间光调制器发射所述平行光束；
对所述空间光调制器反射的所述高维衍射突变光束中的零级衍射信息进行过滤。
在其中的一些实施例中，所述高维衍射突变光束为蝴蝶光束，所述蝴蝶光束的光场分布函数为：
其中，s为状态变量，X、Y、Z和W为空间中的无量纲坐标。
在其中的一些实施例中，将所述根据所述高维衍射突变光束的光场分布函数计算得到所述高维衍射突变光束的二维光场分布的过程中，Y和X设为常数。
第二个方面，在本实施例中提供了一种高维衍射突变光束产生系统，其特征在于，包括：激光器、准直扩束镜、分光棱镜、空间光调制器和计算装置，所述计算装置与所述空间光调制器连接，所述准直扩束镜设置在所述激光器与所述分光棱镜之间，；
所述激光器，用于发出平行光束；
所述准直扩束镜，用于接所述平行光束，并对所述平行光束进行准直扩束处理；
所述分光棱镜，用于将经过扩束处理的所述平行光束反射至所述空间光调制器的显示面板上；
所述计算装置用于：获取所述高维衍射突变光束的二维光场分布；计算所述高维衍射突变光束的二维光场与平行光干涉后的形成的光场分布，得到所述高维衍射突变光束的全息图，并将所述全息图加载至所述空间光调制器；
所述空间光调制器，用于基于所述全息图和所述平行光束产生所述高维衍射突变光束。
在其中的一些实施例中，所述系统还包括滤波器，所述滤波器用于对所述空间光调制器反射的所述高维衍射突变光束中的零级衍射信息进行过滤。
在其中的一些实施例中，所述系统还包括4f系统透镜，所述滤波器设置于所述4f系统透镜的两个透镜之间，所述4f系统透镜用于将产生的所述高维衍射突变光束聚焦。
在其中的一些实施例中，所述激光器为He-Ne激光器。
在其中的一些实施例中，所述系统还包括CCD和显示器，所述CCD用于接收产生的所述高维衍射突变光束，并将产生的所述高维衍射突变光束传输至所述显示器进行显示。
与相关技术相比，本申请提供的一种高维衍射突变光束产生方法和系统，通过将高维衍射突变光束从高维空间投影到二维空间，并利用全息技术，产生了二维的高维衍射突变光束，解决了相关技术中存在无法产生高维衍射光束的问题。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的高维衍射突变光束产生方法的流程图；
图2为本申请其中一个实施例提供的高维衍射突变光束产生系统的结构框图；
图3为本实施例另一个实施例提供的高维衍射突变光束产生系统的结构框图；
图4为本实施例又一个实施例提供的高维衍射突变光束产生系统的结构框图；
图5为本申请优选实施例的提供的高维衍射突变光束产生系统的结构框图。
具体实施方式
为更清楚地理解本申请的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本申请进行了描述和说明。
除另作定义外，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应具有本申请所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本申请中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本申请中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块(单元)的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块(单元)，而可包括未列出的步骤或模块(单元)，或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块(单元)。在本申请中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本申请中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本申请中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。
在本实施例中提供了一种高维衍射突变光束产生方法，图1是本实施例的高维衍射突变光束产生方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：
步骤S101，获取高维衍射突变光束的二维光场分布。
具体地，根据突变理论，突变光场可以用标准衍射突变积分来表示：
突变光场的具体形式由势函数pn(a,s)确定，势函数的定义式为：
其中，s为状态变量，a＝(a1,a2...aj)代表全部的无量纲控制参数空间，n为突变型阶数，控制参数空间的维度数为n-2，R为积分区间。可以发现，突变型阶数越高，控制参数空间的维度也就越高。若控制参数空间的维度大于2，光束的焦散就会呈现超曲面的形式，无法在三维空间中观察到。因此，本申请实施例通过将高维衍射突变光束从高维空间投影到二维空间，产生高维衍射突变光束，高维衍射突变光束在二维空间中的投影可以被观察到。例如，可以使用CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)接收产生的高维衍射突变光束，并将其传输至显示器中观察。要产生高维衍射突变光束在二维空间中的投影，就要获取高维衍射突变光束的二维光场分布。可以通过以下步骤获取高维衍射突变光束的二维光场分布：
步骤S1011，根据高维衍射突变光束的光场分布函数计算得到高维衍射突变光束的二维光场分布，其中，高维衍射突变光束的光场分布函数保留两个变量。具体地，将势函数的变量a1,a2...aj保留其中两个，其他变量均设为常数，再计算出积分Cn(a)，得到高维衍射突变光束的二维光场分布。例如，保留的两个变量为a1和a2，其他变量均设为常数，得到积分就是变量a1和a2的函数，即，该高维衍射突变光束的光场分布是二维的。
上述常数的设置可以是任意的。改变常数的值，上述光场将呈现不同的结构形式。保留变量的选择也是任意的，通过保留不同的变量，上述光场也将呈现不同的结构。因此本实施例可以通过调节常数的值或保留不同的变量得到不同结构的光场。
上述高维衍射突变光束可以是任何种类的高维衍射突变光束，比如，可以是蝴蝶突变光束(将在其中一个实施例中具体说明)，也可以是燕尾突变光束。
步骤S102，计算高维衍射突变光束的二维光场与平行光干涉后的形成的光场分布，得到高维衍射突变光束的全息图。
本实施例利用全息技术产生高维衍射突变光束。全息技术是一种利用干涉原理记录光场的振幅和相位信息，并在一定条件下复现该光场的技术。具体地，光场分布函数包括振幅项和相位项，用一束已知强度信息和相位信息的参考光与该光场干涉，并把干涉信息记录在条纹中，即全息图，全息图记录了该光场的振幅信息和相位信息，再用参考光照射全息图，即可复现出该光场。本实施例是通过计算的方式得到高维衍射突变光束的二维光场与平行光干涉后的形成的光场分布的表达式，再将该表达式图形化，得到高维衍射突变光束的全息图。
步骤S103，基于全息图，利用平行光束和空间光调制器产生高维衍射突变光束。
具体地，将在上述步骤S102中得到全息图加载至空间光调制器上，再向该空间光调制器发射平行光束，该空间光调制器反射出来的光即为高维衍射突变光束。
本实施例提供的高维衍射突变光束产生方法，通过将高维衍射突变光束从高维空间投影到二维空间，并利用全息技术，产生了二维的高维衍射突变光束，解决了相关技术中存在无法产生高维衍射光束的问题。此外，本实施例提供的高维衍射突变光束产生方法还能够通过改变控制参数，灵活自由地调控光场的形状和分布，产生丰富多变的空间结构的高维衍射突变光束。
在其中的一个实施例中，上述步骤S103，所述基于所述全息图，利用平行光束和空间光调制器产生所述高维衍射突变光束包括：
步骤S1031，将全息图输入所述空间光调制器。
步骤S1032，向空间光调制器发射平行光束。
步骤S1033，对空间光调制器反射的光束中的零级衍射信息进行过滤，得到所述高维衍射突变光束。
零级衍射信息是无用信息，因此在步骤S1033中将其过滤，并让有效的一级衍射通过。
本实施例提供的高维衍射突变光束产生方法，通过将高维衍射突变光束从高维空间投影到二维空间，并利用全息技术，产生了二维的高维衍射突变光束，解决了相关技术中存在无法产生高维衍射光束的问题。此外，上述高维衍射突变光束产生方法还将产生的高维衍射光束中的零级衍射信息过滤，排除了无效信息的干扰，便于对产生的高维衍射光束进行观察。
在其中的一个实施例中，提供了一种高维衍射突变光束产生方法。在本实施例中，产生的高维衍射突变光束是蝴蝶突变光束。蝴蝶突变光束的光场分布函数包含蝴蝶突变型的数学结构，其光场分布函数定义为：
其中，X＝x/x0，Y＝y/y0，Z＝z/z0，W＝w/w0为空间中的无量纲坐标，x0、y0、z0和w0为尺度因子。
在步骤S1011，根据高维衍射突变光束的光场分布函数计算得到高维衍射突变光束的二维光场分布的过程中，将X和Y设为常数，即可将高维的蝴蝶突变光束映射到二维空间。例如，将X和Y分别设为b1和b2，此时该蝴蝶光束的光场分布函数为：
也可以将Z和W，或任意两个变量设为常数，得到不同结构的光场。将Z和W分别设为常数b3和b4时，该蝴蝶突变光束的光场分布函数为如下形式：
代表了另一种结构的二维蝴蝶突变光束。
本实施例提供的高维衍射突变光束产生方法，通过将蝴蝶突变光束从高维空间投影到二维空间，并利用全息技术，产生了二维的蝴蝶突变光束，解决了相关技术中存在无法产生蝴蝶突变光束的问题。此外，上述蝴蝶突变光束产生方法还能够通过改变控制参数，灵活自由地调控蝴蝶突变光束光场的形状和分布，产生丰富多变的空间结构的蝴蝶突变光束。
在本实施例中还提供了一种高维衍射突变光束产生系统，该系统用于实现上述实施例，已经进行过说明的不再赘述。以下所使用的术语“模块”、“单元”、“子单元”等可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管在以下实施例中所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图2是本实施例的高维衍射突变光束产生系统的结构框图，如图2所示，该系统包括：激光器10、准直扩束镜20、分光棱镜30、空间光调制器40和计算装置50。计算装置50与空间光调制器40连接，准直扩束镜20设置在激光器10与分光棱镜30之间。
其中，激光器10用于发出平行光束。准直扩束镜20用于接收激光器10发出的平行光束，并对该平行光束进行准直扩束处理。分光棱镜30用于将经过扩束处理的平行光束反射至空间光调制器40的显示面板上。具体地，因为激光器10发出的平行光束的截面很小，需要将其扩束以至该平行光束的光斑刚刚好全部覆盖空间光调制器的液晶显示面板上。激光器10可以是He-Ne激光器，也可以是其他激光器，例如YAG激光器或半导体激光器。
计算装置50用于获取高维衍射突变光束的二维光场分布，并根据高维衍射突变光束的二维光场分布计算高维衍射突变光束的二维光场与平行光干涉后的形成的光场分布，得到高维衍射突变光束的全息图，并将全息图加载至空间光调制器40。通过修改计算装置50中的程序可以改变高维衍射突变光束的控制参数，进而得到不同的全息图，进而产生不同结构的光场。
空间光调制器40用于基于全息图和激光器10发出的平行光束产生高维衍射突变光束。
可选地，可以通过CCD和显示器观察产生的高维衍射突变光束，具体地，利用CCD接收产生的高维衍射突变光束，并将产生的高维衍射突变光束传输至所述显示器进行显示。
计算装置50可以是终端、服务器，或类似的运算装置。计算装置50可以包括一个或多个处理器和用于存储数据的存储器，其中，处理器可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置。计算装置50还可以包括用于通信功能的传输设备以及输入输出设备。存储器可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如实现以下步骤对应的计算机程序：
获取高维衍射突变光束的二维光场分布；
并根据高维衍射突变光束的二维光场分布计算高维衍射突变光束的二维光场与平行光干涉后的形成的光场分布，得到高维衍射突变光束的全息图。
处理器通过运行存储在存储器内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输设备用于经由一个网络接收或者发送数据，例如，将全息图加载至空间光调制器40。上述的网络包括终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输设备包括一个网络适配器(Network Interface Controller，简称为NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备可以为射频(RadioFrequency，简称为RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
本实施例提供的高维衍射突变光束产生系统，通过将高维衍射突变光束从高维空间投影到二维空间，并利用全息技术，产生了二维的高维衍射突变光束，解决了相关技术中存在无法产生高维衍射光束的问题。此外，本实施例提供的高维衍射突变光束产生系统还能够通过修改计算装置中的程序改变控制参数，灵活自由地调控光场的形状和分布，产生丰富多变的空间结构的高维衍射突变光束。
在其中一个实施例中，提供了一种高维衍射突变光束产生系统。图3是本实施例提供的高维衍射突变光束产生系统的结构框图，如图3所示，该系统包括图2所示的所有元件，此外还包括滤波器60。滤波器60用于对空间光调制器40反射的光束中的零级衍射信息进行过滤。
本实施例提供的高维衍射突变光束产生系统，通过将高维衍射突变光束从高维空间投影到二维空间，并利用全息技术，产生了二维的高维衍射突变光束，解决了相关技术中存在无法产生高维衍射光束的问题。此外，上述高维衍射突变光束产生系统通过滤波器将产生的高维衍射光束中的零级衍射信息过滤，排除了无效信息的干扰，便于观察。
在其中一个实施例中，提供了一种高维衍射突变光束产生系统。图4是本实施例提供的高维衍射突变光束产生系统的结构框图，如图4所示，该系统包括图3所示的所有元件，此外还包括4f系统透镜70，其中，4f透镜系统70设置在空间光调制器的反射光路上，滤波器60设置于4f系统透镜70的两个透镜之间。产生的高维衍射突变光束由于经过准直扩束镜20的准直扩束处理，光束的截面较大，不易观察，因此本实施例利用4f系统透镜70将产生的高维衍射突变光束聚焦，使其易于观察。
图5是本实施例的高维衍射突变光束产生系统的优选结构框图，如图5所示，该系统包括：激光器10、准直扩束镜20、分光棱镜30、空间光调制器40、计算装置50、滤波器60、4f系统透镜70、CCD80和显示器90。
准直扩束镜20设置在激光器10与分光棱镜30之间，4f系统透镜70设置于空间光调制器40和CCD80之间，滤波器60设置于4f系统透镜70的两个透镜之间，CCD80设置于4f系统透镜的出射光路上。计算装置50与空间光调制器40连接，CCD80与显示器90连接。其中，激光器10、准直扩束镜20和分光棱镜30位于同一轴线上，空间光调制器40、分光棱镜30、滤波器60和4f系统透镜70和CCD80位于同一轴线上。本高维衍射突变光束产生系统的光路如图5所示。
上述计算装置50为计算机激光器10为He-Ne激光器，发出的平行光束的光波长为632.8nm。准直扩束镜的焦距为300mm，通光口径为50mm。分光棱镜的尺寸为25*25mm。空间光调制器40为反射式空间光调制器，像素大小为8um，分辨率为1920*1080，工作波段为400nm至700nm。4f系统透镜70的两个透镜的焦距均为300mm。CCD的分辨率为1920*1080。本实施例提供的高维衍射突变光束产生系统对元件的参数没有要求，本领域技术人员也可以采用其他参数的元件。
激光器10用于发出平行光束。准直扩束镜20用于接收激光器10发出的平行光束，并对该平行光束进行准直扩束处理。分光棱镜30用于将经过扩束处理的平行光束反射至空间光调制器40的显示面板上。计算装置50用于获取高维衍射突变光束的二维光场分布，并根据高维衍射突变光束的二维光场分布计算高维衍射突变光束的二维光场与平行光干涉后的形成的光场分布，得到高维衍射突变光束的全息图，并将全息图加载至空间光调制器40。空间光调制器40用于基于全息图和激光器10发出的平行光束产生高维衍射突变光束。滤波器60用于将产生的高维衍射突变光束中的零级衍射信息进行过滤。4f系统透镜70用于将空间光调制器40反射的高维衍射突变光束聚焦，CCD用于接收聚焦后的高维衍射突变光束，并将产生的高维衍射突变光束传输至所述显示器90进行显示。
本实施例提供的高维衍射突变光束产生系统，通过将高维衍射突变光束从高维空间投影到二维空间，并利用全息技术，产生了二维的高维衍射突变光束，解决了相关技术中存在无法产生高维衍射光束的问题。此外，本实施例提供的高维衍射突变光束产生系统还能够通过修改计算装置中的程序改变控制参数，灵活自由地调控光场的形状和分布，产生丰富多变的空间结构的高维衍射突变光束。
需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
需要说明的是，在本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，在本实施例中不再赘述。
应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本申请保护范围。
显然，附图只是本申请的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本申请适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本申请披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本申请公开的内容不足。
“实施例”一词在本申请中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本申请中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种高维衍射突变光束产生方法，其特征在于，包括：
获取高维衍射突变光束的二维光场分布；所述获取高维衍射突变光束的二维光场分布，包括：获取突变光场分布函数，所述突变光场分布函数为：；其中，/>，/>为势函数，s为状态变量，/>，/>代表全部的无量纲控制参数空间，n为突变型阶数，/>为控制参数空间的维度数，R为积分区间；
保留所述势函数的变量中的两个，其他变量设为常数，计算所述突变光场分布函数，得到所述高维衍射突变光束的二维光场分布；其中，通过保留所述势函数的不同的变量，使得所述高维衍射突变光束的光场分布呈现不同的结构；
计算所述高维衍射突变光束的二维光场与平行光干涉后的形成的光场分布的表达式，将所述表达式图形化，得到所述高维衍射突变光束的全息图；
基于所述全息图，利用平行光束和空间光调制器产生所述高维衍射突变光束。
2.根据权利要求1所述的高维衍射突变光束产生方法，其特征在于，所述基于所述全息图，利用平行光束和空间光调制器产生所述高维衍射突变光束包括：
将所述全息图输入所述空间光调制器；
向所述空间光调制器发射所述平行光束；
对所述空间光调制器反射的所述高维衍射突变光束中的零级衍射信息进行过滤。
3.根据权利要求1所述的高维衍射突变光束产生方法，其特征在于，所述高维衍射突变光束为蝴蝶光束，所述蝴蝶光束的光场分布函数为：
，
其中，s为状态变量，X、Y、Z和W为空间中的无量纲坐标。
4. 根据权利要求3所述的高维衍射突变光束产生方法，其特征在于，将所述根据所述高维衍射突变光束的光场分布函数计算得到所述高维衍射突变光束的二维光场分布的过程中， Y和X设为常数。
5.一种高维衍射突变光束产生系统，其特征在于，包括：激光器、准直扩束镜、分光棱镜、空间光调制器和计算装置，所述计算装置与所述空间光调制器连接，所述准直扩束镜设置在所述激光器与所述分光棱镜之间；
所述激光器，用于发出平行光束；
所述准直扩束镜，用于接所述平行光束，并对所述平行光束进行准直扩束处理；
所述分光棱镜，用于将经过扩束处理的所述平行光束反射至所述空间光调制器的显示面板上；
所述计算装置，用于获取高维衍射突变光束的二维光场分布；所述获取高维衍射突变光束的二维光场分布，包括：获取突变光场分布函数，所述突变光场分布函数为：；其中，/>，/>为势函数，s为状态变量，/>，/>代表全部的无量纲控制参数空间，n为突变型阶数，/>为控制参数空间的维度数，R为积分区间；保留所述势函数的变量/>中的两个，其他变量设为常数，计算所述突变光场分布函数，得到所述高维衍射突变光束的二维光场分布；其中，通过保留所述势函数的不同的变量，使得所述高维衍射突变光束的光场分布呈现不同的结构；所述计算装置还用于计算所述高维衍射突变光束的二维光场与平行光干涉后的形成的光场分布的表达式，将所述表达式图形化，得到所述高维衍射突变光束的全息图，并将所述全息图加载至所述空间光调制器；
所述空间光调制器，用于基于所述全息图和所述平行光束产生所述高维衍射突变光束。
6.根据权利要求5所述的高维衍射突变光束产生系统，其特征在于，所述系统还包括滤波器，所述滤波器用于对所述空间光调制器反射的所述高维衍射突变光束中的零级衍射信息进行过滤。
7.根据权利要求6所述的高维衍射突变光束产生系统，其特征在于，所述系统还包括4f系统透镜，所述滤波器设置于所述4f系统透镜的两个透镜之间，所述4f系统透镜用于将产生的所述高维衍射突变光束聚焦。
8.根据权利要求5所述的高维衍射突变光束产生系统，其特征在于，所述激光器为He-Ne激光器。
9.根据权利要求5至8任一项所述的高维衍射突变光束产生系统，其特征在于，所述系统还包括CCD和显示器，所述CCD用于接收产生的所述高维衍射突变光束，并将产生的所述高维衍射突变光束传输至所述显示器进行显示。
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