具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体说明书的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例子仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种产生高可控性离轴光学瓶的方法，包括如下步骤：

S01、使用计算机模拟平面波与圆皮尔斯高斯光束干涉，获得相位全息图，并将相位全息图加载至反射式空间光调制器S1上；

S02、根据光学参数，在计算机上绘制复合二阶啁啾涡旋相位，并将其加载至透射式空间光调制器S2上；

S03、用高斯光束照射反射式空间光调制器S1，使反射光通过空间滤波系统，并在空间滤波系统中选取正一级条纹，获得圆皮尔斯高斯光束；

S04、使圆皮尔斯高斯光束穿过透射式空间光调制器S2，获得经复合二阶啁啾涡旋相位调制的圆皮尔斯高斯光束，使其在真空或无干扰的空气中传输，即可在传输过程中形成多次较强的聚焦，从而形成离轴光学瓶。

如图2所示，本发明提供一种产生高可控性离轴光学瓶的系统，包括计算机、氦氖激光器、扩束镜、非偏振分束镜、反射式空间光调制器S1、空间滤波系统、透射式空间光调制器S2和光束质量分析仪；

所述计算机用于模拟平面波与圆皮尔斯高斯光束干涉，获得相位全息图，并将相位全息图加载至反射式空间光调制器S1上；根据光学参数绘制复合二阶啁啾涡旋相位，并将其加载至透射式空间光调制器S2上；

所述氦氖激光器用于产生高斯光束；氦氖激光器产生高斯光束波长为632.8nm；

所述扩束镜设置于激光器的出射口处，用于将所述高斯光束扩束为近似平面波；

所述非偏振分束镜设置于扩束镜与反射式空间光调制器S1之间，用于对扩束后的高斯光束进行分光处理，一部分传输至所述反射式空间光调制器S1后继续传播；非偏振分束镜是分光比为1：1；

所述反射式空间光调制器S1设置在所述高斯光束的传输路径上，用于加载相位全息图；

所述空间滤波系统用于接收经反射式空间光调制器S1反射的光束，选取输入光场的频谱面的正一级条纹，并在空间滤波系统出口焦平面处得到所述圆皮尔斯高斯光束；

所述透射式空间光调制器S2设置在空间滤波系统出口焦平面处，用于加载复合二阶啁啾涡旋相位；且可同时进行振幅及相位调制，根据所述复合二阶啁啾涡旋相位和所述圆皮尔斯高斯光束，得到经复合二阶啁啾涡旋相位调制的圆皮尔斯高斯光束，使其在真空或无干扰的空气中传输，即可在传输过程中形成多次较强的聚焦，从而形成离轴光学瓶；

所述光束质量分析仪设置于透射式空间光调制器S2后，用于收集光束横截面信息；光束质量分析仪的分辨率为2400×2400，获取光束横截面的光强分布。

具体地，所述空间滤波系统包括透镜L1、光阑和透镜L2；其中输入光场经过透镜L1进行傅里叶变换得到频谱面，光阑用于选取频谱面中的正一级干涉条纹，再经过透镜L2进行逆傅里叶变换，得到输出光场，即圆皮尔斯高斯光束。

所述反射式空间光调制器S1、非偏振分束镜、空间滤波系统与透射式空间光调制器S2设置在同一轴线上；所述激光器、扩束镜与非偏振分束镜设置在同一轴线上。

需要说明的是，本发明经复合二阶啁啾涡旋相位调制的圆皮尔斯高斯光束的具体调制均为：

圆皮尔斯高斯光束在初始平面的解析式为：

其中，

定义为皮尔斯积分，x₀为含量纲缩放因子，w₀为高斯束宽。通过计算机模拟圆皮尔斯高斯光束与平面波进行干涉，获得相位全息图，并将该相位全息图加载至反射式空间光调制器S1上，用所述高斯光束进行照射，经空间滤波系统滤波后的出射光即为圆皮尔斯高斯光束。

加载至反射式空间光调制器S1上的相位全息图如图3所示。

需要说明的是，本发明所述的圆皮尔斯高斯光束受复合二阶啁啾涡旋相位调制的具体过程均为：

复合二阶啁啾涡旋相位的解析表达式为：

其中，c_i为二阶啁啾因子，l_i为涡旋阶数，(x_i,y_i)为位移因子，N为二阶啁啾涡旋相位数量，且(x_i,y_i)满足条件：x_i＝c₁x₁/c_i,y_i＝c₁y₁/c_i；则圆皮尔斯高斯光束透过透射式空间光调制器S2后的解析表达式为：在数学中，经复合二阶啁啾涡旋相位调制的圆皮尔斯高斯光束在自由空间的传播特性可由以柱坐标形式表示的傍轴波动方程表达：

为波数，λ为波长。在计算机上绘制复合二阶啁啾涡旋相位，并将其加载至透射式空间光调制器S2上，并使圆皮尔斯高斯光束入射，出射光即为经复合二阶啁啾涡旋相位调制的圆皮尔斯高斯光束。

加载在透射式空间光调制器S2上的复合二阶啁啾涡旋相位对圆皮尔斯高斯光束的调制如图4、图5所示。

本发明通过调节初始光场的参数和改变透射式空间光调制器S2上的复合二阶啁啾涡旋相位，即可实现对离轴光学瓶的位置、形状及数量的连续调控：

涡旋因子l_i：调节各个光学瓶瓶口或瓶底的大小，l_i越大，则产生的光学瓶的瓶口越宽；

啁啾位移因子(x_i,y_i)：调节离轴光束偏离光轴的程度，从而控制离轴光学瓶在空间中的位置；若(x_i,y_i)＝(0,0)，则光学瓶在光轴上生成，为沿轴光学瓶；

二阶啁啾因子c_i：调节离轴光学瓶的瓶口和瓶底与初始平面的距离，及各个离轴光学瓶的长度。

二阶啁啾涡旋相位数量N：调节离轴光学瓶的数量，当存在N个啁啾相位因子，则可以产生N-1个光学瓶。

实施例一

实施例一与图6吻合，在此条件下的经复合二阶啁啾涡旋相位调制的圆皮尔斯高斯光束能在自由空间中稳定地产生距离初始平面较远，距光轴较近，且瓶底较宽，瓶口较窄，瓶身较长的离轴光学瓶。

S01、使用计算机模拟平面波与圆皮尔斯高斯光束干涉，获得相位全息图，并将相位全息图加载至反射式空间光调制器S1上。

S02、根据光学参数，在计算机上绘制复合二阶啁啾涡旋相位(N＝2，l₁＝3，l₂＝3，c₁＝0.35，c₂＝0.25，(x₁,y₁)＝(0.0011，0))，并将其加载至透射式空间光调制器S2上，复合二阶啁啾涡旋相位如图8(a)所示。

S03、用光束照射反射式空间光调制器S1，使反射光通过空间滤波系统，并在空间滤波系统中选取正一级条纹，获得圆皮尔斯高斯光束；

S04、使圆皮尔斯高斯光束穿过透射式空间光调制器S2，获得经复合二阶啁啾涡旋相位调制的圆皮尔斯高斯光束，使其在真空或无干扰的空气中传输，即可在传输过程中形成多次较强的聚焦，从而形成离轴光学瓶。

该实施例一的所有相应参数与图6的参数一致。

其余参数设置：x₀＝0.15mm，w₀＝4mm。

实施例二

实施例二与图7吻合，在此条件下的经复合二阶啁啾涡旋相位调制的圆皮尔斯高斯光束能在自由空间中稳定地产生距离初始平面较近，距光轴较远，且瓶底较窄，瓶口较宽，瓶身较长的离轴光学瓶。

S01、使用计算机模拟平面波与圆皮尔斯高斯光束干涉，获得相位全息图，并将相位全息图加载至反射式空间光调制器S1上。

S02、根据光学参数，在计算机上绘制复合二阶啁啾涡旋相位(N＝3，l₁＝2，l₂＝2，l₃＝2，c₁＝0.35，c₂＝0.25，c₃＝0.18，(x₁,y₁)＝(0.0005，0))，并将其加载至透射式空间光调制器S2上，复合二阶啁啾涡旋相位如图8(b)所示。

S03、用光束照射反射式空间光调制器S1，使反射光通过空间滤波系统，并在空间滤波系统中选取正一级条纹，获得圆皮尔斯高斯光束；

S04、使圆皮尔斯高斯光束穿过透射式空间光调制器S2，获得经复合二阶啁啾涡旋相位调制的圆皮尔斯高斯光束，使其在真空或无干扰的空气中传输，即可在传输过程中形成多次较强的聚焦，从而形成离轴光学瓶。

该实施例二的所有相应参数与图7的参数一致。

其余参数设置：x₀＝0.15mm，w₀＝4mm。

本发明将圆皮尔斯光束、二阶啁啾、涡旋、相结合，使得光束在传播过程中能自发地产生离轴光学瓶。

本发明采用了一个反射式空间光调制器以及一个透射式空间光调制器来产生离轴光学瓶，并采用透射式空间光调制器来改变离轴光学瓶的参数，无需改变反射式空间光调制器上相位全息图及在空间滤波器中重新选取条纹，提高了效率，很好的控制光束的发生以及产生离轴光学瓶的形状，使对离轴光瓶的连续调控成为可能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。