CN115291403A

CN115291403A - 无衍射光束生成方法与装置

Info

Publication number: CN115291403A
Application number: CN202210969804.7A
Authority: CN
Inventors: 钱义先; 兰燕平
Original assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Current assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Priority date: 2022-08-12
Filing date: 2022-08-12
Publication date: 2022-11-04

Abstract

本申请涉及一种无衍射光束生成方法和装置，其中该方法包括：基于目标无衍射光束的光场结构，获取与所述光场结构对应的相位因子；基于所述相位因子，获取相位掩膜板的复透过率函数；基于所述复透过率函数，获取对应的相位掩膜板；利用所述相位掩模板对入射光进行调控，得到所述目标无衍射光束，即通过该方法获得目标无衍射光束的光场结构与相位掩模板的对应关系，根据该对应关系获得对应的相位掩模板并生成与该光场结构对应的无衍射光束，解决了相关技术中存在的无法根据需求产生特定结构的无衍射光束的问题。

Description

无衍射光束生成方法与装置

技术领域

本申请涉及光学技术及光场调控技术领域，特别是涉及一种无衍射光束生成方法与装置。

背景技术

无衍射光束由于其在传播过程中能够保持光强分布不变而受到广泛的关注。这些具有无衍射特性的光束在激光微加工、粒子操纵和显微镜成像等领域具有非常重要的用途。最早的无衍射光束是1987年Durnin发现的贝塞尔光束，该光束是他从柱坐标下的亥姆霍兹方程中得到的一个特殊的贝塞尔型的解。后来，余弦光束、马蒂厄光束和韦伯光束等无衍射光束依次从直角坐标、椭圆坐标和抛物坐标下的波动方程里求解得到。此外，通过将这四种基本无衍射光束干涉叠加，许多具有复杂横向强度图案的无衍射光束由此产生。此外，可以通过调控无衍射光束的角谱的相位和振幅来调控无衍射光束的光强结构。

然而，到目前为止，这些光束的横向结构只存在少数几种模式，无法根据需求产生特定结构的无衍射光束，而这些有限的光强分布形态极大地限制了无衍射光束在光学操纵等领域的应用。

针对相关技术中存在的无法根据需求产生特定结构的无衍射光束的问题，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无衍射光束生成方法与装置，以解决相关技术中存在的无法根据需求产生特定结构的无衍射光束的问题。

第一个方面，在本实施例中提供了一种无衍射光束生成方法，所述方法包括：

基于目标无衍射光束的光场结构，获取与所述光场结构对应的相位因子；

基于所述相位因子，获取相位掩膜板的复透过率函数；

基于所述复透过率函数，获取对应的相位掩膜板；

利用所述相位掩模板对入射光进行调控，得到所述目标无衍射光束。

在其中的一些实施例中，所述基于目标无衍射光束的光场结构，获取与所述光场结构对应的相位因子包括：

基于所述光场结构，确定对应的参数方程；

基于所述参数方程，确定对应的相位因子。

在其中的一些实施例中，在所述光场结构不等效为N个子光场结构的叠加的情况下，其中N≥2，所述基于所述参数方程，确定对应的相位因子包括：

基于下述公式，计算获得所述相位因子：

其中，

为所述相位掩膜板的方位角，

为方位角

调制的所述相位因子，x(θ)和y(θ)为所述光场结构的参数方程，θ为所述参数方程的方位角，k_t为所述相位掩膜板的外环半径。

在其中的一些实施例中，在所述光场结构等效为N个子光场结构的叠加的情况下，其中N≥2，所述基于所述参数方程，确定所述相位因子包括：

获取与每个所述子光场结构对应的相位因子分量

其中1≤j≤N；

基于所述相位因子分量

计算获取与所述光场结构对应的相位因子

在其中的一些实施例中，所述基于所述相位因子分量

计算获取与所述光场结构对应的相位因子

包括：

其中，arg()为取相位函数，

为第j个所述子光场结构对应的相位因子分量，

为第j个截趾函数，1≤j≤N，所述截趾函数为：

其中，l_j和u_j为常数，0≤l_j＜u_j≤2π。

在其中的一些实施例中，所述基于所述相位因子，获取相位掩膜板的复透过率函数包括：

其中，t为所述复透过率函数，

为所述相位因子，P为闪耀光栅的相位。

在其中的一些实施例中，所述闪耀光栅的相位表达式为：

其中，D为所述闪耀光栅的相位周期，k为所述闪耀光栅在直角坐标系中的横向坐标。

在其中的一些实施例中，所述基于所述复透过率函数，获取对应的相位掩膜板包括：

对所述复透过率函数求模并取平方，获得所述相位掩膜板的透过率信息；

基于所述透过率信息获取所述相位掩膜板。

第二个方面，在本实施例中提供了一种无衍射光束生成装置，所述无衍射光束生成装置包括：

第一获取模块，用于基于目标无衍射光束的光场结构，获取与所述光场结构对应的相位因子；

第二获取模块，用于基于所述相位因子，获取相位掩膜板的复透过率函数；

第三获取模块，用于基于所述复透过率函数，获取对应的相位掩膜板；

调控模块，用于利用所述相位掩模板对入射光进行调控，得到所述目标无衍射光束。

在其中的一些实施例中，所述第一获取模块包括：

第一确定模块，用于基于所述光场结构，确定对应的参数方程；

第二确定模块，用于基于所述参数方程，确定对应的相位因子。

与相关技术相比，在本实施例中提供的无衍射光束生成方法，通过预先确定的目标无衍射光束的光场结构，获取与该光场结构对应的相位因子，根据该相位因子获取相位掩膜板的复透过率函数，根据该复透过率函数获取对应的相位掩膜板，利用该相位掩模板对入射光进行调控，得到目标无衍射光束；即通过该无衍射光束生成方法获得目标无衍射光束的光场结构与相位掩模板的对应关系，根据该对应关系生成与该光场结构对应的无衍射光束，解决了相关技术中存在的无法根据需求产生特定结构的无衍射光束的问题。

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是本申请实施例的无衍射光束生成方法的流程图；

图2是本申请实施例的获取复杂光场结构对应的相位因子的流程图；

图3是本申请优选实施例一的抛物线形状无衍射光束生成方法流程图；

图4(a)是本申请优选实施例一的环形相位掩模板示意图；

图4(b)是本申请优选实施例一的抛物线形状无衍射光束示意图；

图5是本申请优选实施例二的心形无衍射光束生成方法流程图；

图6(a)是本申请优选实施例二的环形相位掩模板示意图；

图6(b)是本申请优选实施例二的心形无衍射光束示意图；

图7是本申请实施例的无衍射光束生成装置的结构框图。

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。

在本实施例中提供的方法实施例可以在终端、计算机、服务器或者类似的运算装置中执行，例如在本实施例中的计算机中执行。运行该方法实施例的计算机，或其他终端、服务器等可以包括一个或多个处理器(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)和用于存储数据的存储器，以及用于通信功能的传输设备。可选地，还可以包括输入输出设备。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，如本发明实施例中的无衍射光束生成方法对应的计算机程序，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计算机，或其他终端、服务器等。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。上述的网络具体实例可包括计算机，或其他终端、服务器等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(Radio Frequency，简称为RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

无衍射光束是指光束中心斑直径很小，且不随传播距离而改变的光束。无衍射光束具有在自由空间传播很长距离后仍保持光束形状不变的无衍射特性，以及能绕过障碍物后重新恢复原来形貌的自恢复特性，在多个光学领域具有广泛应用。近年来，研究者从理论上模拟出各种不同的无衍射光束,在实验上采用环缝法、计算机全息图、球差透镜、轴棱锥、空间光调制器、衍射元件及主动腔等方法生成无衍射光束。

本实施例提供了一种无衍射光束生成方法，图1是本实施例的无衍射光束生成方法的流程图。如图1所示，该流程包括如下步骤：

步骤S101，基于目标无衍射光束的光场结构，获取与该光场结构对应的相位因子。

光作为电磁波在空间传播，其传播特性主要由振幅、相位和偏振等参量表征。光场是光线在空间中的分布，光场结构是指光线在空间中分布的方式或规律，该方式或规律通常可以用数学方式表达。现有技术中，通过空间光场调控技术对光束基本参量进行调控以产生特定光场，即利用设备对光的单个或多个空域参量(振幅、相位和偏振等参量)进行调控，使其随着空间位置变化而改变从而产生具有特定性质的空间结构光场。这里的设备可以是空间光调制器、数字微镜阵列等。相位掩模板能够调整穿过相位掩模板上特定区域的光的相位，使该相位比其他区域的光的相位超前或滞后，因此可以单独使用用于调控光的相位，也可以与其他设备一起配合使用，本申请实施例对相位掩膜板的使用方式不做限制。

相位因子是相位掩模板的关键属性，决定了光在穿过相位掩模板上不同位置时的相位变化。由于相位掩模板的不同位置对应的相位变化不同，因此相位因子可以是一个函数，该函数的自变量可以是光点在相位掩膜板上的坐标。要获取与某种光场结构对应的无衍射光束，需要确定相位掩模板的与该光场结构对应的相位因子。

步骤S102，基于该相位因子，获取相位掩膜板的复透过率函数。

在本实施例提供的无衍射光束生成方法中，相位掩膜板可以作为该光场调控系统的衍射屏，其作用是将入射光场转换为透射光场或反射光场。如果将该相位掩膜板用函数形式表示，则该函数就是相位掩膜板的复透过率函数。复透过率函数可以包括振幅和相位，其中相位部分可以通过该相位因子获得。

步骤S103，基于该复透过率函数，获取对应的相位掩膜板。

将该复透过率函数通过计算机加载到空间光调制器中，即可获得对应的相位掩膜板；也可通过其他方式得到相位掩膜板，本实施例对基于复透过率函数获取相位掩膜板的方法不进行限制。

步骤S104，利用该相位掩模板对入射光进行调控，得到目标无衍射光束。

使用准直激光束作为入射光照射该相位掩膜板，得到目标无衍射光束。

通过步骤S101～S104，本实施例提供的无衍射光束生成方法，通过预先确定的目标无衍射光束的光场结构，获取与该光场结构对应的相位因子，根据该相位因子获取相位掩膜板的复透过率函数，根据该复透过率函数获取对应的相位掩膜板，利用该相位掩模板对入射光进行调控，得到目标无衍射光束；即通过该无衍射光束生成方法获得目标无衍射光束的光场结构与相位掩模板的对应关系，根据该对应关系生成与该光场结构对应的无衍射光束，解决了相关技术中存在的无法根据需求产生特定结构的无衍射光束的问题。

在其中的一些实施例中，涉及获取与光场结构对应的相位因子的具体流程。该流程包括如下步骤：

步骤S11，基于光场结构，确定对应的参数方程。

一些光场结构可以用参数方程或与参数方程对应的几何曲线来表示。参数方程是指对应的曲线上任意一点的坐标x、y都是某个变量如θ的函数，并且对于该变量θ的每一个允许的取值，由该方程组确定的点(x，y)都在这条曲线上，则该方程组就是曲线的参数方程。对于可以通过参数方程来表达的光场结构，可以得到直角坐标系下曲线上任意一点的横坐标和纵坐标关于变量θ的函数。变量θ可以是该曲线的特定参数，例如角度或距离参数。

步骤S12，基于参数方程，确定对应的相位因子。

相位因子与光场结构存在对应关系，而参数方程是光场结构的数学表达式，因此相位因子与参数方程在数学上存在对应关系。该对应关系可以通过数学计算直接获得，例如通过公式推导获得关于该参数方程与相位因子的数学方程，将参数方程作为已知量求解相位因子；也可以通过其他间接求解算法进行迭代计算获得相位因子，现有技术中有多种根据目标光场分布求解相位因子的算法，在此不展开叙述。

通过步骤S11～S12，本实施例提供的无衍射光束生成方法，通过将参数方程作为光场结构的数学表达式，给出了一种获取光场结构对应的相位因子的可实施方案，并给出了确定相位因子的数学方法，该方法建立了参数方程与光场结构、参数方程与相位因子的直接对应关系，从而建立了光场结构与相位因子的直接对应关系，通过明确的数学表达式对相位因子进行计算，与其他非参数方程方法相比，提高了相位因子计算结果的准确性。

在其中的一些实施例中，光场结构较为简单，无需将该光场结构等效为N个子光场结构的叠加，其中N≥2。本实施例提供了确定简单光场结构对应的相位因子的方法，该方法包括：

基于下述公式，计算获得相位因子：

其中，

为相位掩膜板的方位角，

为方位角

调制的相位因子，x(θ)和y(θ)为光场结构的参数方程，θ为参数方程的方位角，k_t为相位掩膜板的外环半径。

本实施例中，相位掩膜板为窄环形，外环半径为k_t，环的宽度为0.05k_t，相位掩膜板的有效信息分布在这个窄环形上。相位因子是以相位掩膜板的方位角

为自变量的函数。

该光场结构对应的参数方程可以用下式表示：

其中，θ为该参数方程在直角坐标系中的方位角，θ与

之间存在转换关系，该转换关系可以用

或

来表示。通过公式1中的

获得θ与

的转换关系函数

并将

转换为

代入公式1中的

可以计算获得相位因子

本实施例提供的无衍射光束生成方法，对于光场结构简单，无需将光场结构等效为多个子光场结构叠加的光场，给出了对应的相位因子的求解公式，通过该公式，在已知该光场结构对应的参数方程的情况下，可以获得对应的相位因子。通过该公式可以直接通过参数方程求解光场结构对应的相位因子，不需要通过复杂的迭代算法，提高了相位因子求解效率。

在另外的一些实施例中，光场结构较为复杂，其参数方程的方位角θ的取值区间可能小于[0，2π]，进而导致无衍射光场结构的不完整，该情况下可以通过将光场结构等效成N个简单子光场结构的叠加来解决，其中N≥2。图2是本实施例的获取复杂光场结构对应的相位因子的流程图。如图2所示，对于复杂光场对应的相位因子，获取的步骤包括：

步骤S201，获取与每个子光场结构对应的相位因子分量

其中1≤j≤N；

复杂光场结构可以等效为N个简单子光场结构的叠加，N≥2。每个简单子光场结构可以使用步骤S201～S202的方法获得对应的相位因子分量

其中1≤j≤N。

步骤S202，基于相位因子分量

计算获取与光场结构对应的相位因子

在步骤S201中获取的相位因子分量，其自变量都是相位掩膜板的方位角

因此可以进行分量的合并计算，获得复杂光场结构的相位因子

通过步骤S201～S202，本实施例提供的无衍射光束生成方法，对于需要将光场结构等效成N个简单子光场结构叠加的复杂光场，给出了对应的相位因子的求解方法，通过该方法将复杂光场的相位因子求解，转换为简单光场的相位因子求解，以及多个相位因子的合并计算，不需要通过复杂的迭代算法即可获得复杂光场结构对应的相位因子，提高了相位因子求解效率。

在其中的一些实施例中，基于相位因子分量

计算获取与光场结构对应的相位因子

包括：

其中，arg()为取相位函数，

为第j个子光场结构对应的相位因子分量，

为第j个截趾函数，用于限制第j个相位因子分量

中方位角

的范围，1≤j≤N，截趾函数为：

其中，l_j和u_j为常数，分别表示方位角

的取值下限和上限，0≤l_j＜u_j≤2π。

本实施例提供的无衍射光束生成方法，对于需要将光场结构等效成N个简单子光场结构叠加的复杂光场，给出了根据对应的简单光场的相位因子分量求解相位因子的公式，提高了相位因子求解效率。

在一些实施例中，涉及相位掩膜板的复透过率函数的计算公式。基于相位因子，获取相位掩膜板的复透过率函数包括：

其中，t为复透过率函数，

为相位因子，P为闪耀光栅的相位。

相位掩膜板的复透过率函数通常包括振幅和相位，在穿过相位掩膜板的光振幅分布不变的情况下，复透过率函数可省略振幅相关的信息，即相位掩膜板只进行纯相位调控。本实施例提供的复透过率函数只包括相位信息，相位信息包括与光场结构对应的相位因子

以及闪耀光栅的相位P。

在无衍射光束的实验过程中，闪耀光栅的作用是分离所需的无衍射光束与零级光斑。实验中先给定无衍射光束对应的光场结构，通过光场结构与相位因子的一一对应关系计算获得相位因子，然后固定相位因子的参数k_t的大小，调节闪耀光栅的相位周期使得三个衍射级分离，直到可以使用光阑筛选出+1衍射级，即可得到具有特性结构分布的无衍射光束。

本实施例提供的无衍射光束生成方法，给出了相位掩膜板的复透过率函数的计算公式，通过光场结构对应的相位因子和闪耀光栅的相位获得复透过率函数，为获得相位掩膜板提供了必要的基础。

在其中的一些实施例中，闪耀光栅的相位表达式为：

其中，D为闪耀光栅的相位周期，k为闪耀光栅在直角坐标系中的横向坐标。

本实施例提供的无衍射光束生成方法，给出了闪耀光栅相位的计算公式，通过闪耀光栅的相位周期获得闪耀光栅的相位，为获得相位掩膜板提供了必要的条件。

在一些实施例中，还涉及根据相位掩膜板的复透过率函数获得相位掩膜板的流程。该流程包括以下步骤：

步骤S31，对复透过率函数求模并取平方，获得相位掩膜板的透过率信息。

复透过率函数是相位掩膜板透过率信息的复数表达形式，要获得实数透过率信息，需要对对复透过率函数求模并取平方，获得透过率信息的实函数。

步骤S32，基于透过率信息获取相位掩膜板。

通过步骤S31～S32，本实施例提供的无衍射光束生成方法，通过将复透过率函数转化为实数形式的透过率信息，再通过透过率信息获取相位掩膜板，给出了通过复透过率函数获得相位掩膜板的具体方法，为获得无衍射光束提供必要的支持。

下面通过两个优选实施例对本实施例进行描述和说明。

优选实施例一提供了一种横向光场分布具有抛物线形状的无衍射光束。图3为本优选实施例一的抛物线形状无衍射光束生成方法的流程图。如图3所示，该抛物线形状无衍射光束生成方法包括如下步骤：

步骤S301，基于横向光场分布为抛物线形状的光场结构，确定对应的参数方程；

抛物线的参数方程为：

其中，a为抛物线的系数，可以令a＝0.5。θ为直角坐标系(x,y)的方位角。

步骤S302，在确定该光场结构无需等效为N个子光场结构的叠加的情况下，其中N≥2，基于参数方程，确定对应的相位因子：

根据上述参数方程与公式1进行计算，获得抛物线形光场结构对应的相位因子为：

其中，

步骤S303，获得闪耀光栅的相位P。

其中，D为闪耀光栅的相位周期，D可设置为3。

步骤S304，根据相位因子

和闪耀光栅的相位P获得抛物线形结构的无衍射光束对应的相位掩模板复透过率函数为

步骤S305，对复透过率函数求模然后平方，获得相位掩膜板的透过率信息；

步骤S306，基于透过率信息获取相位掩膜板；

步骤S307，利用相位掩模板对入射光进行调控，得到抛物线形结构的目标无衍射光束。

利用该相位掩模板进行了实验，环形相位掩模板如图4(a)所示，其对应的无衍射光束如图4(b)所示，其横向光场结构为抛物线形。

本优选实施例提供的无衍射光束生成方法，通过一种预先确定的抛物线形光场结构，根据该光场结构获得对应的参数方程和相位因子，根据该相位因子获得环形相位掩模板的复透过率函数，根据复透过率函数获得对应的相位掩膜板，并以f＝300mm的聚焦透镜为例，针对工作波长为632.8nm的He-Ne激光进行了实验，获得了一种光场结构为抛物线形结构的无衍射光束。

优选实施例二提供了一种横向光场分布具有心形形状的无衍射光束。图5为本优选实施例二的心形形状无衍射光束生成方法的流程图。如图5所示，该心形形状无衍射光束生成方法包括如下步骤：

步骤S501，基于横向光场分布为心形形状的光场结构，确定对应的参数方程；

心形的参数方程为：

其中，a为心形曲线的系数，可以令a＝0.5。θ为直角坐标系(x,y)的方位角。

步骤S502，在确定心形光场结构需要等效为两个子光场结构的叠加的情况下，获取与每个子光场结构对应的相位因子分量

和

其中，

步骤S503，获取与每个子光场结构对应的截趾函数

和

步骤S504，基于相位因子分量

和

和截趾函数

和

计算获取与心形光场结构对应的相位因子

步骤S505，获得闪耀光栅的相位P。

其中，D为闪耀光栅的相位周期，D可设置为3。

步骤S506，心形结构的无衍射光束的掩模板复透过率函数为

步骤S507，对复透过率函数求模然后平方，获得相位掩膜板的透过率信息；

步骤S508，基于透过率信息获取相位掩膜板；

步骤S509，利用相位掩模板对入射光进行调控，得到心形结构的目标无衍射光束。

利用该相位掩模板进行了实验，环形相位掩模板如图6(a)所示，其对应的无衍射光束如图6(b)所示，其横向光场结构为心形。

本优选实施例提供的无衍射光束生成方法，通过一种预先确定的心形光场结构，根据该光场结构获得对应的参数方程和子光场结构的相位因子分量，根据该相位因子分量获得心形光场结构的相位因子，根据该相位因子获得环形相位掩模板的复透过率函数，根据复透过率函数获得对应的相位掩膜板，并以f＝300mm的聚焦透镜为例，针对工作波长为632.8nm的He-Ne激光进行了实验，获得了一种光场结构为心形结构的无衍射光束。

需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在本实施例中还提供了一种无衍射光束生成装置，该无衍射光束生成装置用于实现上述实施例及优选实施方式，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系统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7是本实施例的无衍射光束生成装置的结构框图，如图7所示，该无衍射光束生成装置包括：第一获取模块71、第二获取模块72、第三获取模块73和调控模块74。

第一获取模块71，用于基于目标无衍射光束的光场结构，获取与该光场结构对应的相位因子。

第二获取模块72，用于基于相位因子，获取相位掩膜板的复透过率函数。

第三获取模块73，用于基于该复透过率函数，获取对应的相位掩膜板。

调控模块74，用于利用该相位掩模板对入射光进行调控，得到目标无衍射光束。

本实施例提供的无衍射光束生成装置，通过第一获取模块71获取与预先确定的目标无衍射光束的光场结构对应的相位因子，通过第二获取模块72根据该相位因子获取相位掩膜板的复透过率函数，通过第三获取模块73根据该复透过率函数获取对应的相位掩膜板，通过调控模块74利用该相位掩模板对入射光进行调控，得到目标无衍射光束，即通过该无衍射光束生成装置获得目标无衍射光束的光场结构与相位掩模板的对应关系，根据该对应关系生成与该光场结构对应的无衍射光束，解决了相关技术中存在的无法根据需求产生特定结构的无衍射光束的问题。

在其中的一些实施例中，第一获取模块71还包括第一确定模块和第二确定模块。其中，第一确定模块用于基于光场结构，确定对应的参数方程；第二确定模块用于基于该参数方程，确定对应的相位因子。

本实施例提供的无衍射光束生成装置，通过第一确定模块将参数方程作为光场结构的数学表达式，建立了参数方程与光场结构的直接对应关系，通过第二确定模块根据参数方程确定对应的相位因子，建立了参数方程与相位因子的直接对应关系，从而建立了光场结构与相位因子的直接对应关系，通过明确的数学表达式对相位因子进行计算，与其他非参数方程方法相比，提高了相位因子计算结果的准确性。

在其中的一些实施例中，光场结构较为简单，无需将该光场结构等效为N个子光场结构的叠加，其中N≥2。在该情况下，第二确定模块还包括第一计算模块，第一计算模块用于基于下述公式，计算获得相位因子。

其中，

为相位掩膜板的方位角，

为方位角

本实施例提供的无衍射光束生成装置，对于无需将光场结构等效为多个子光场结构叠加的简单光场，通过第一计算模块在已知该光场结构对应的参数方程的情况下，计算获得对应的相位因子，可实现直接通过参数方程求解光场结构对应的相位因子，不需要通过复杂的迭代算法，提高了相位因子求解效率。

在另外的一些实施例中，存在光场结构需要等效为N个简单子光场结构的叠加的情况，其中N≥2。在该情况下，第二确定模块包括第四获取模块和第二计算模块。其中，第四获取模块用于获取与每个子光场结构对应的相位因子分量

其中1≤j≤N，第二计算模块用于基于相位因子分量

计算获取与光场结构对应的相位因子

本实施例提供的无衍射光束生成装置，对于需要将光场结构等效成N个简单子光场结构叠加的复杂光场，其中N≥2，通过第四获取模块将复杂光场的相位因子求解，转换为简单光场的相位因子求解，通过第二计算模块进行多个相位因子的合并计算，不需要通过复杂的迭代算法即可获得复杂光场结构对应的相位因子，提高了相位因子求解效率。

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。