【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及磁化場定制，尤其涉及一種誘導任意朝向超衍射極限磁化場的方法。
技術介紹
1、磁光記錄技術依托于光焦場與磁光材料間的交互作用，融合了磁性存儲與光學存儲的雙重優點，有望成為應對大數據時代龐大數據傳輸、處理及存儲需求的重要方案之一。為達成大存儲量及高存儲密度的目標，磁光存儲技術核心前提在于基于逆法拉第效應光致生成的高分辨率磁化場。面對此難題，2013年，min?gu研究團隊對角向偏振渦旋光進行了緊密聚焦，并作用于各向同性磁光材料，成功在焦點區域創造出尺寸為0.508λ的亞衍射純縱向磁化場，并通過調整渦旋光的相位方向，實現了磁化場的高效翻轉。2014年，該科研團隊在緊聚焦系統中引入具備π相位差的雙環形渦旋二元濾波器，對角向偏振光波前進行調制，從而誘導產生了橫向分辨率為0.38λ、長度達7.48λ的超長純縱向磁針。2015年jiannongchen研究團隊采用徑向與角向可調的特殊環形相位濾波器，對徑向偏振渦旋光進行調制，所得磁針的長度及橫向半高全寬(fwhm)分別達到了28λ和0.27λ。之后研究人員陸續通過優化設計入瞳場獲得性能更優的縱向磁化場。
2、分析以上公開報道可知，盡管這些純縱向磁化場為二維高密度全光磁記錄及大容量磁光存儲提供了可能，但橫向超分辨率的磁針只沿著縱向方向，方向單一，無法實現三維高密度超分辨磁光記錄與存儲，且一般需要經歷復雜優化設計以得到復雜入瞳矢量光場。2018年，xiangping?li課題組采用一對正交偶極子的輻射場逆向構建出無須復雜優化即可獲得復雜入瞳場，以誘導產生可規定朝向磁化場，
技術實現思路
1、針對上述問題，本專利技術提供了一種誘導任意朝向超衍射極限磁化場的方法，該方法僅利用一只磁偶極子天線的輻射場，巧妙疊加相應的空間螺旋位相，即可逆向獲得所需入瞳光場的解析表達式，且構建出純橫向圓偏振近衍射極限光焦斑，并誘導出可規定空間朝向的超衍射極限磁化場。
2、為解決上述技術問題，本專利技術所采用的技術方案是：一種誘導任意朝向超衍射極限磁化場的方法，該方法包括以下步驟：
3、由兩個具有共焦區的物鏡建立光學緊聚焦系統；
4、在所述光學緊聚焦系統的共焦區放置磁偶極子天線；
5、計算磁偶極子天線的輻射場，在其上疊加相同空間朝向的螺旋位相因子后輻射場由光學緊聚焦系統的共焦區往外輻射，經兩個相同的高數值孔徑物鏡準直后往光學緊聚焦系統外側傳播，并根據透鏡對輻射光線的彎折效應以求得物鏡入瞳面處的輻射場；
6、通過時間反演技術逆轉此時物鏡入瞳面處的輻射場，反向傳播，并向兩物鏡共焦區原點處聚焦，以在共焦區形成相對磁偶極子天線空間朝向而言純橫向圓偏振近衍射極限光焦場；其中，光學緊聚焦系統兩側入瞳面的入射場相位相差180度；
7、基于逆法拉第效應，在兩物鏡共焦區放置磁光材料，純橫向圓偏振近衍射極限光焦場能在其中誘導出規定空間朝向的超衍射極限磁化場。
8、進一步的，所述光學緊聚焦系統由兩個相同的高數值孔徑的物鏡沿z軸共焦對稱放置構成；
9、在光學緊聚焦系統中以共焦點為直角坐標系的原點，以共焦平面為xoy平面，此時兩物鏡分別位于z軸的±f處，f為物鏡焦距。
10、進一步的，所述磁偶極子天線為一只設置在光學緊聚焦系統的原點處且載有均勻同相高頻振蕩磁流的磁偶極子天線；
11、該磁偶極子天線其空間朝向為；為極角，為磁偶極子天線朝向與z軸的夾角；為方位角，為磁偶極子天線朝向在xoy平面的投影與x軸正方向的夾角；通過參數能確定磁偶極子天線在三維空間的朝向。
12、進一步的，所述磁偶極子天線的總輻射場的計算方式具體如下：
13、根據電磁輻射理論，位于x、y和z軸的磁偶極子天線輻射場為：
14、??（1）
15、空間朝向的磁偶極子天線輻射場由分別位于x、y和z軸的磁偶極子天線輻射場相干疊加而成，它們的輻射權重因子分別為：
16、（2）
17、能得到空間朝向的磁偶極子天線輻射場為：
18、?（3）
19、其中，輻射場的常系數、輻射場分量的系數和輻射場分量的系數具體表達式分別如式(4)、(5)和(6)所示：
20、??（4）
21、?（5）
22、（6）
23、其中，為虛數單位，為磁偶極子天線其上磁流的振蕩角頻率，為真空的介電常數，為真空的波阻抗，和分別為磁偶極子天線振蕩磁流的大小和幾何長度，為輻射場的空間球坐標，和為球坐標的單位矢量。
24、進一步的，沿空間朝向的螺旋位相因子的計算過程如下：1)?以xyz全局坐標系為旋轉整體，參考坐標的原點o為旋轉支點，z軸沿著磁偶極子天線振蕩方向與oz軸所在平面一步旋轉至方向，形成旋轉后的軸；2)全局坐標系的x軸和y軸同步旋轉至和軸，、和為旋轉后局部坐標系的三個主軸；3)推導得空間方向的螺旋位相因子為：
25、（7）
26、其中，為拓撲荷數，為局部坐標系平面的方位角；為誘導出目標磁化場，拓撲荷數必須取值為±1；
27、為獲得誘導目標磁化場所需要的入射場，將位于坐標原點且空間朝向的磁偶極子天線的輻射場疊加式(7)所示相同空間朝向的螺旋位相因子，得到疊加后總輻射場表達式如式(8)所示。
28、??（8）
29、進一步的，由于透鏡對輻射光線的彎折，選擇滿足正弦條件物鏡構成光學緊聚焦系統，其切趾函數為?，則能求得物鏡入瞳面處的輻射場為：
30、???（9）
31、其中，為入瞳面的極坐標，為入瞳面觀測點與入瞳中心的距離，為入瞳面觀測點的方位角，入瞳的分量由輻射場的分量彎折而來。
32、進一步的，基于時間反演技術，逆轉物鏡入瞳面處輻射場，反向傳播，并向兩物鏡共焦區原點處聚焦，在共焦區形成目標光焦場；此時光學緊聚焦系統兩側入瞳面的入射場相位相差180度；共焦區焦場分布能由deby矢量衍射積分理論進行計算并量化評估，計算公式為：
33、（10）
34、其中，為入瞳場經物鏡彎折后的球面波前為焦場的柱坐標；本申請所構建的光焦場為純橫向圓偏振近衍射極限光焦場，這里的純橫向是相對磁偶極子天線空間朝向而言。
35、進一步的，基于逆法拉第效應，在兩物鏡共焦區位置設置磁光材料，由高度局域橫向圓偏振光場，在磁光材料上能誘導出與空間朝向相同或相反的光致磁化場，此磁化場由式(11)計算：
36、?（11）
37、其中，和為焦場的電場矢量及其共軛矢量，為與磁光材料有關的耦合系數。
38、由上述對本專利技術結構的描述可知，和現有技術相比，本專利技術具有如下優點：
39、本專利技術只利用一只磁偶極子天線的輻射場，并在其上疊加一階相應的空間螺旋本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種誘導任意朝向超衍射極限磁化場的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種誘導任意朝向超衍射極限磁化場的方法，其特征在于：所述光學緊聚焦系統由兩個相同的高數值孔徑的物鏡沿Z軸共焦對稱放置構成；
3.根據權利要求2所述的一種誘導任意朝向超衍射極限磁化場的方法，其特征在于：所述磁偶極子天線為一只設置在光學緊聚焦系統的原點處且載有均勻同相高頻振蕩磁流的磁偶極子天線；
4.根據權利要求3所述的一種誘導任意朝向超衍射極限磁化場的方法，其特征在于：所述磁偶極子天線的總輻射場的計算方式具體如下：
5.根據權利要求4所述的一種誘導任意朝向超衍射極限磁化場的方法，其特征在于：沿空間朝向的螺旋位相因子的計算過程如下：1)?以XYZ全局坐標系為旋轉整體，參考坐標的原點O為旋轉支點，Z軸沿著磁偶極子天線振蕩方向與OZ軸所在平面一步旋轉至方向，形成旋轉后的軸；2)全局坐標系的X軸和Y軸同步旋轉至和軸，、和為旋轉后局部坐標系的三個主軸；3)推導得空間方向的螺旋位相因子為：
6.根據權利要求5所述的一種誘導任意朝向超衍
7.根據權利要求6所述的一種誘導任意朝向超衍射極限磁化場的方法，其特征在于：基于時間反演技術，逆轉物鏡入瞳面處輻射場，反向傳播，并向兩物鏡共焦區原點處聚焦，在共焦區形成目標光焦場；此時光學緊聚焦系統兩側入瞳面的入射場相位相差180度；共焦區焦場分布能由Deby矢量衍射積分理論進行計算并量化評估，計算公式為：
8.根據權利要求7所述的一種誘導任意朝向超衍射極限磁化場的方法，其特征在于：基于逆法拉第效應，在兩物鏡共焦區位置設置磁光材料，由高度局域橫向圓偏振光場，在磁光材料上能誘導出與空間朝向相同或相反的光致磁化場，此磁化場由式(11)計算：
...【技術特征摘要】
1.一種誘導任意朝向超衍射極限磁化場的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種誘導任意朝向超衍射極限磁化場的方法，其特征在于：所述光學緊聚焦系統由兩個相同的高數值孔徑的物鏡沿z軸共焦對稱放置構成；
3.根據權利要求2所述的一種誘導任意朝向超衍射極限磁化場的方法，其特征在于：所述磁偶極子天線為一只設置在光學緊聚焦系統的原點處且載有均勻同相高頻振蕩磁流的磁偶極子天線；
4.根據權利要求3所述的一種誘導任意朝向超衍射極限磁化場的方法，其特征在于：所述磁偶極子天線的總輻射場的計算方式具體如下：
5.根據權利要求4所述的一種誘導任意朝向超衍射極限磁化場的方法，其特征在于：沿空間朝向的螺旋位相因子的計算過程如下：1)?以xyz全局坐標系為旋轉整體，參考坐標的原點o為旋轉支點，z軸沿著磁偶極子天線振蕩方向與oz軸所在平面一步旋轉至方向，形成旋轉后的軸；2)全局坐標系的x軸和y軸同步...
【專利技術屬性】
技術研發人員：曾永西，詹其文，吳平輝，吳仲龍，周免免，林順達，
申請(專利權)人：泉州師范學院，
類型：發明
國別省市：
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