本申請公開了一種遠場超分辨雙焦點生成方法及系統，涉及遠場超分辨聚焦應用技術領域，該方法包括獲取入射光場，基于角譜衍射理論和二進制粒子群優化算法對不同焦距的超振蕩掩膜二值相位調控進行優化，對得到的不同焦距單焦點聚焦調控相位分布進行布爾邏輯“與”運算，得到遠場超分辨雙焦點聚焦超振蕩掩膜二值相位分布，根據其與空間光調制器載入圖片的像素點灰度值的映射關系，生成超振蕩掩膜，得到對應的灰度圖；利用灰度圖對入射光場進行相位調制，得到聚焦光場以及聚焦光場的三維強度分布。本申請通過布爾邏輯“與”運算將多個單焦點聚焦調控相位轉化為雙焦點聚焦調控相位，能夠使產生的雙焦點突破衍射極限，并且結構簡單，便于使用與操作。
【技術實現步驟摘要】
本申請涉及遠場超分辨聚焦應用，特別是涉及一種遠場超分辨雙焦點生成方法及系統。
技術介紹
1、雙焦點透鏡指在縱向或橫向上有兩個焦點，在光學斷層掃描、光通信、光譜分析和光學成像等領域有著廣泛的應用。
2、現有的技術中提供了一些生成雙焦點的方法，如結合二氧化鈦超原子的幾何相位和傳播相位，設計出了一種適用于λ＝740nm圓偏振波的等離子體金屬膜，金屬膜被分為多個區域，每個區域對應一個焦點；提出一種深度學習前向遺傳算法來高效地設計超透鏡的參數，針對波長1.55μm設計了一種雙焦點超透鏡但焦斑尺寸較大，都沒有突破衍射極限。為了突破衍射極限，相關技術人員利用遺傳算法，針對波長為532nm的圓偏振光設計了多焦點超振蕩透鏡，焦斑半高全寬都接近λ/3。上述報道生成的焦點突破了衍射極限，然而上述方法依賴于復雜的優化算法和適應度函數，且器件加工難度較大。
3、空間光調制器作為一種對光波的光場分布進行調制的元件，常用于光場調控研究，而現有的利用空間光調制器生成超分辨雙焦點的方法存在光路調節復雜、對齊和校準困難等問題。
4、因此，基于上述問題，亟需提供一種新的遠場超分辨雙焦點生成方法。
技術實現思路
1、本申請的目的是提供一種遠場超分辨雙焦點生成方法及系統，能夠使產生的雙焦點突破衍射極限，并且結構簡單，便于使用與操作。
2、為實現上述目的，本申請提供了如下方案：
3、第一方面，本申請提供了一種遠場超分辨雙焦點生成方法，所述遠場超分辨雙焦點生成包括：</p>4、獲取入射光場、目標光場聚焦類型及遠場超分辨聚焦的聚焦參數；所述聚焦參數包括：焦距、峰值強度、焦斑半高全寬和旁瓣比率；
5、根據聚焦參數和目標光場聚焦類型，基于角譜衍射理論和二進制粒子群優化算法對不同焦距的超振蕩掩膜二值相位調控進行優化，得到不同焦距單焦點聚焦調控相位分布；
6、對不同焦距單焦點聚焦調控相位分布進行布爾邏輯“與”運算得到遠場超分辨雙焦點聚焦超振蕩掩膜二值相位分布；
7、根據遠場超分辨雙焦點聚焦超振蕩掩膜二值相位分布與空間光調制器載入圖片的像素點灰度值的映射關系，生成超振蕩掩膜，得到對應的灰度圖；
8、利用灰度圖對入射光場進行相位調制，得到聚焦光場；
9、根據聚焦光場，得到聚焦光場的三維強度分布。
10、可選地，映射關系為線性關系，相位調控為0時對應灰度為0，相位調控為π時對應灰度為128。
11、可選地，所述根據聚焦光場，得到聚焦光場的三維強度分布，具體包括：
12、對聚焦光場進行放大，確定放大后的聚焦光場的圖像；
13、根據放大后的聚焦光場的圖像，采用質心法，確定聚焦焦斑的中心位置；
14、根據放大后的聚焦光場的圖像的灰度值確定沿半徑方向上的光場強度分布曲線；
15、根據沿半徑方向上的光場強度分布曲線的峰值強度確定聚集焦斑關鍵聚焦參數；所述聚集焦斑關鍵聚焦參數包括：焦斑中心對應光場強度、焦斑寬度以及旁瓣比率；
16、根據聚集焦斑關鍵聚焦參數得到聚焦光場的三維強度分布。
17、第二方面，本申請提供了一種遠場超分辨雙焦點生成系統，用于實施所述的遠場超分辨雙焦點生成方法，所述遠場超分辨雙焦點生成系統依次包括：激光器、線偏振片、四分之一玻片、第一反射鏡、第二反射鏡、擴束器、空間光調制器、變焦鏡頭、cmos相機和計算機；所述計算機還與所述空間光調制器連接；
18、所述激光器用于輸出光束；
19、所述線偏振片和所述四分之一玻片用于將所述激光器輸出的光束轉換為圓偏振光；
20、所述第一反射鏡和所述第二反射鏡用于改變所述圓偏振光光路的傳輸方向，并輸入至所述擴束器；
21、所述擴束器用于將輸入的圓偏振光的直徑進行放大，得到均勻的入射光場；
22、所述計算機用于根據聚焦參數和目標光場聚焦類型，基于角譜衍射理論和二進制粒子群優化算法對不同焦距的超振蕩掩膜二值相位調控進行優化，得到不同焦距單焦點聚焦調控相位分布，并對不同焦距單焦點聚焦調控相位分布進行布爾邏輯“與”運算，得到遠場超分辨雙焦點聚焦超振蕩掩膜二值相位分布；根據遠場超分辨雙焦點聚焦超振蕩掩膜二值相位分布與空間光調制器載入的圖片像素點灰度值的映射關系，生成超振蕩掩膜，得到對應的灰度圖；
23、所述空間光調制器用于利用所述灰度圖隨所述入射光場進行相位調制，得到聚焦光場；
24、所述變焦鏡頭用于將聚焦光場進行放大；
25、所述cmos相機用于對放大后的聚焦光場進行掃描拍攝，并將掃描拍攝后的圖像發送至所述計算機；
26、所述計算機用于根據掃描拍攝后的圖像，得到聚焦光場的三維強度分布。
27、可選地，所述激光器是波長為632.8nm的hene激光器。
28、可選地，所述激光器最小輸出功率為10mw，光束直徑為0.68mm。
29、可選地，所述空間光調制器為純相位反射式空間光調制器，像素間距為8μm，分辨率為1920*1080像素，相位級別為256。
30、可選地，所述變焦鏡頭的放大倍數為2.5倍。
31、可選地，所述cmos相機顏色為黑白。
32、可選地，所述cmos相機的分辨率為3840*2748像素，像素尺寸為1.67μm*1.67μm。
33、根據本申請提供的具體實施例，本申請具有了以下技術效果：
34、本申請提供了一種遠場超分辨雙焦點生成方法及系統，通過獲取入射光場、目標光場聚焦類型及遠場超分辨聚焦的聚焦參數；根據聚焦參數和目標光場聚焦類型，基于角譜衍射理論和二進制粒子群優化算法對不同焦距的超振蕩掩膜二值相位調控進行優化；并對不同焦距單焦點聚焦調控相位分布進行布爾邏輯“與”運算得到遠場超分辨雙焦點聚焦超振蕩掩膜二值相位分布；通過布爾邏輯“與”運算將多個單焦點聚焦調控相位轉化為雙焦點聚焦調控相位，設計方法簡單高效，并且可以根據實際需求設計不同的焦點位置。根據本申請所提供的方法在λ＝632.8nm的圓偏振光入射時，突破了衍射極限，實現了超分辨聚焦。本申請能夠使產生的雙焦點突破衍射極限。
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【技術保護點】
1.一種遠場超分辨雙焦點生成方法，其特征在于，所述遠場超分辨雙焦點生成方法包括：
2.根據權利要求1所述的遠場超分辨雙焦點生成方法，其特征在于，映射關系為線性關系，相位調控為0時對應灰度為0，相位調控為π時對應灰度為128。
3.根據權利要求1所述的遠場超分辨雙焦點生成方法，其特征在于，所述根據聚焦光場，得到聚焦光場的三維強度分布，具體包括：
4.一種遠場超分辨雙焦點生成系統，用于實施權利要求1-3任一項所述的遠場超分辨雙焦點生成方法，其特征在于，所述遠場超分辨雙焦點生成系統依次包括：激光器、線偏振片、四分之一玻片、第一反射鏡、第二反射鏡、擴束器、空間光調制器、變焦鏡頭、CMOS相機和計算機；所述計算機還與所述空間光調制器連接；
5.根據權利要求4所述的遠場超分辨雙焦點生成系統，其特征在于，所述激光器是波長為632.8nm的HeNe激光器。
6.根據權利要求5所述的遠場超分辨雙焦點生成系統，其特征在于，所述激光器最小輸出功率為10mW，光束直徑為0.68mm。
7.根據權利要求4所述的遠場超分辨雙焦點生成系統，其特征在于，所述空間光調制器為純相位反射式空間光調制器，像素間距為8μm，分辨率為1920*1080像素，相位級別為256。
8.根據權利要求4所述的遠場超分辨雙焦點生成系統，其特征在于，所述變焦鏡頭的放大倍數為2.5倍。
9.根據權利要求4所述的遠場超分辨雙焦點生成系統，其特征在于，所述CMOS相機顏色為黑白相機。
10.根據權利要求9所述的遠場超分辨雙焦點生成系統，其特征在于，所述CMOS相機的分辨率為3840*2748像素，像素尺寸為1.67μm*1.67μm。
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【技術特征摘要】
1.一種遠場超分辨雙焦點生成方法，其特征在于，所述遠場超分辨雙焦點生成方法包括：
2.根據權利要求1所述的遠場超分辨雙焦點生成方法，其特征在于，映射關系為線性關系，相位調控為0時對應灰度為0，相位調控為π時對應灰度為128。
3.根據權利要求1所述的遠場超分辨雙焦點生成方法，其特征在于，所述根據聚焦光場，得到聚焦光場的三維強度分布，具體包括：
4.一種遠場超分辨雙焦點生成系統，用于實施權利要求1-3任一項所述的遠場超分辨雙焦點生成方法，其特征在于，所述遠場超分辨雙焦點生成系統依次包括：激光器、線偏振片、四分之一玻片、第一反射鏡、第二反射鏡、擴束器、空間光調制器、變焦鏡頭、cmos相機和計算機；所述計算機還與所述空間光調制器連接；
5.根據權利要求4所述的遠場超分辨雙焦點生成系統，其特征在于，所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：武志翔，李新羽，黃字文，屈薇薇，魏文卿，劉泉澄，鄧琥，尚麗平，
申請(專利權)人：西南科大四川天府新區創新研究院，
類型：發明
國別省市：
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