在前期的内容中,我们已经从数值仿真的角度,构建了艾里光束的基础模型,并给出了其在自由空间中的传播特性。可以看到,经典艾里光束在传播过程中呈现出典型的自加速抛物线轨迹,并且在一定传播距离内保持近似非衍射特性。然而,在实际应用与进一步研究中,一个问题很快会浮现出来:能否对艾里光束的传播方向、轨迹形态以及旋转行为进行更加灵活、精确的控制?答案是肯定的,而其中一个极为关键、同时又非常有效的方法,便是——波矢量变换(Wave Vector Transformation)。
一、从空间调制到频域调制:问题的本质转变
通常我们习惯于直接在空间域对光场进行调制,例如:
这些方法在构造艾里光束时确实是有效的,但它们也存在明显的局限性:空间域调制更多影响的是“光束长什么样”,而不是“光束往哪儿走、怎么走”。从傅里叶光学的角度来看,光束的传播行为本质上由其波矢分布决定,而波矢信息正是隐藏在频域之中的。这也意味着,如果希望实现:
光束整体方向的旋转
主瓣轨迹的角度可控
传播路径的连续调节
那么,我们必须把视角从空间域,转移到波矢空间(k 空间)。
二、核心公式及结果
图片来源于文献
三、Matlab仿真结果
四、Python仿真结果