【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光场调控，尤其是一种基于光纤激光相干阵列的合成光场方法及装置。
技术介绍
1、随着激光基础理论和技术的快速发展，近年来光场调控技术获得了长足进步。所谓光场调控技术，就是对光场的振幅、相位、偏振等参量进行单一或多维度的调控技术，使其能够获得更多的特殊性能。该技术对于光学系统的智能化、紧凑化、功能多样化等具有重要意义，在激光通信、生命科学、工业加工和材料科学等领域具有广阔的应用前景。当前的光场调控技术多采用特种功能器件(比如相位板、空间光调制器等)实现特定类型光场的产生，功能比较单一，而且输出功率也较低。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提出了基于光纤激光相干阵列的合成光场方法及装置。
2、为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一方面，本专利技术提供一种基于光纤激光相干阵列的合成光场方法，包括：
4、n路子光束经包括相位调制、偏振控制以及功率放大在内的处理后以预设的阵列排布方式合成为一路光束输出，输出的阵列光束中的每一路单元光束相当于合成光场中的一个像素，n的数目等于预设的合成光场的像素数，预设的阵列排布方式对应预设的合成光场中像素的排列方式；
5、根据阵列光束的预设振幅分布要求，控制n路子光束进行相应的功率放大，从而使输出的阵列光束满足预设的振幅分布需求；
6、采集一小部分输出的阵列光束用于阵列光束的相位控制：根据阵列光束的预设相位分布图，对n路子光束的相位进行补偿控制，使得
7、采集一小部分输出的阵列光束用于阵列光束的偏振控制：对阵列光束的偏振方向进行检测，若阵列光束的偏振方向与阵列光束预设的偏振态分布要求存在偏差，则对n路子光束的偏振方向进行控制，使得输出的阵列光束满足预设的偏振态分布要求。
8、进一步地，采集一小部分输出的阵列光束输入相位误差检测模块；所述相位误差检测模块包括液晶调相器阵列板、凸透镜、针孔和光电探测器，所述液晶调相器阵列板上阵列排布有液晶相位调节单元，液晶相位调节单元的排布方式与阵列光束相同，阵列光束中的每一路单元光束对应液晶调相器阵列板上的一个液晶相位调节单元，所述液晶调相器阵列板上加载有翻转操作后的预设相位分布图，采集的一小部分输出的阵列光束入射到液晶调相器阵列板上，这样通过液晶调相器阵列板在阵列光束的各单元光束之间引入了设定的相位差，经液晶调相器阵列板后的阵列光束经凸透镜、针孔后由光电探测器接收，光电探测器将光信号转换为电信号传输给相位噪声信号处理器，相位噪声信号处理器以经液晶调相器阵列板的阵列光束中各单元光束间的相位差补偿为0为优化目标，在各路子光束对应的相位调制器上加载与翻转操作后的预设相位分布图相反的相位控制信号，从而使输出的阵列光束满足预设的相位分布要求。
9、进一步地，采集一小部分输出的阵列光束输入偏振方向检测模块，偏振方向检测模块包括1/4波片、液晶延迟器阵列板、偏振检测板和光电探测器阵列板；
10、采集的一小部分输出的阵列光束由1/4波片一侧入射，经1/4波片、液晶延迟器阵列板、偏振检测板后由光电探测器阵列板接收；液晶延迟器阵列板上阵列排布有液晶延迟器，液晶延迟器的排布方式与阵列光束相同，阵列光束中的每一路单元光束对应液晶延迟器阵列板上的一个液晶延迟器，所有液晶延迟器的快轴和慢轴方向均保持相同，各液晶延迟器间的间距与对应的阵列光束中各单元光束间的间距保持一致，光电探测器阵列板上阵列排布有光电探测器，光电探测器的排布方式与阵列光束相同，阵列光束中的每一路单元光束对应光电探测器阵列板上的一个光电探测器，光电探测器阵列板上各光电探测器间的间距与对应的阵列光束中各单元光束间的间距保持一致。
11、进一步地，液晶延迟器阵列板的快轴、慢轴方向与1/4波片的快轴、慢轴方向夹角为45°，偏振检测板的偏振方向与1/4波片的快轴方向一致。
12、进一步地，采集的一小部分输出的阵列光束入射到1/4波片，根据入射光束偏振方向与1/4波片快慢轴的夹角情况，1/4波片输出光束中的各单元光束均为椭圆偏振光，且椭圆偏振光的快慢轴方向与1/4波片的快慢轴方向一致；
13、根据阵列光束预设的偏振态分布要求，通过电压控制给液晶延迟器阵列板上的每一个液晶延迟器设置相应的快慢轴之间的延迟相位差；
14、对各路子光束进行偏振控制，经1/4波片输出的各路椭圆偏振光经过对应的液晶延迟器时，在不同的相位延迟情况下将形成不同的偏振状态，当输入液晶延迟器的光束的偏振状态和液晶延迟器的延迟相位差匹配合适时，液晶延迟器将会输出与偏振检测板偏振方向相同的线偏振光束，此时光电探测器阵列板上相应的光电探测器将会获得最大的光功率，从而输出最大电压值，此时输出的阵列光束满足预设的偏振态分布要求。
15、另一方面，本专利技术提供一种基于光纤激光相干阵列的合成光场装置，包括：
16、阵列光束产生光路，用于输出阵列光束，所述阵列光束是由n路子光束经包括相位调制、偏振控制以及功率放大在内的处理后以预设的阵列排布方式合成为一路光束输出，所述阵列光束中的每一路单元光束相当于合成光场中的一个像素，n的数目等于预设的合成光场的像素数，预设的阵列排布方式对应预设的合成光场中像素的排列方式；
17、振幅控制单元，用于根据阵列光束的预设振幅分布要求，控制n路子光束进行相应的功率放大，从而使输出的阵列光束满足预设的振幅分布需求；
18、相位控制回路，用于采集一小部分输出的阵列光束用于阵列光束的相位控制：根据阵列光束的预设相位分布图，对n路子光束的相位进行补偿控制，使得输出的阵列光束满足预设的相位分布要求；
19、偏振控制回路，用于采集一小部分输出的阵列光束用于阵列光束的偏振控制：对阵列光束的偏振方向进行检测，若阵列光束的偏振方向与阵列光束预设的偏振态分布要求存在偏差，则对n路子光束的偏振方向进行控制，使得输出的阵列光束满足预设的偏振态分布要求。
20、进一步地，所述阵列光束产生光路包括种子源激光器、光纤分束器、相位调制器、偏振控制器、光纤放大器、光纤准直器阵列，所述种子源激光器输出的激光经光纤分束器后分为n路子光束，n路子光束分别经对应的相位调制器、偏振控制器、光纤放大器进行相位调制、偏振控制以及功率放大后，由光纤准直器阵列合成后输出到空间，形成阵列光束，其中光纤准直器阵列包括n个光纤准直器，n个光纤准直器以预设的阵列排布方式排布，使得输出的阵列光束的排布方式对应预设的合成光场中像素的排列方式。
21、进一步地，所述光纤准直器阵列合成后输出的阵列光束经第一分光镜分为两部分，大部分光束经第一分光镜反射后输出到自由空间，经第一分光镜透射的少部分光束入射至第二分光镜，经第二分光镜反射的光束输入偏振控制回路，经第二分光镜透射的光束输入反射镜，并由反射镜输入至相位控制回路。
22、进一步地，所述相位控制回路包括相位误差检测模块和相位噪声信号处理器。
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1.基于光纤激光相干阵列的合成光场方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于光纤激光相干阵列的合成光场方法，其特征在于，采集一小部分输出的阵列光束输入相位误差检测模块；所述相位误差检测模块包括液晶调相器阵列板、凸透镜、针孔和光电探测器，所述液晶调相器阵列板上阵列排布有液晶相位调节单元，液晶相位调节单元的排布方式与阵列光束相同，阵列光束中的每一路单元光束对应液晶调相器阵列板上的一个液晶相位调节单元，所述液晶调相器阵列板上加载有翻转操作后的预设相位分布图，采集的一小部分输出的阵列光束入射到液晶调相器阵列板上，这样通过液晶调相器阵列板在阵列光束的各单元光束之间引入了设定的相位差，经液晶调相器阵列板后的阵列光束经凸透镜、针孔后由光电探测器接收，光电探测器将光信号转换为电信号传输给相位噪声信号处理器，相位噪声信号处理器以经液晶调相器阵列板的阵列光束中各单元光束间的相位差补偿为0为优化目标，在各路子光束对应的相位调制器上加载与翻转操作后的预设相位分布图相反的相位控制信号，从而使输出的阵列光束满足预设的相位分布要求。
3.根据权利要求1所述的基于光纤激光相干
4.根据权利要求3所述的基于光纤激光相干阵列的合成光场方法，其特征在于，液晶延迟器阵列板的快轴、慢轴方向与1/4波片的快轴、慢轴方向夹角为45°，偏振检测板的偏振方向与1/4波片的快轴方向一致。
5.根据权利要求4所述的基于光纤激光相干阵列的合成光场方法，其特征在于，采集的一小部分输出的阵列光束入射到1/4波片，根据入射光束偏振方向与1/4波片快慢轴的夹角情况，1/4波片输出光束中的各单元光束均为椭圆偏振光，且椭圆偏振光的快慢轴方向与1/4波片的快慢轴方向一致；
6.基于光纤激光相干阵列的合成光场装置，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的基于光纤激光相干阵列的合成光场装置，其特征在于，所述阵列光束产生光路包括种子源激光器、光纤分束器、相位调制器、偏振控制器、光纤放大器、光纤准直器阵列，所述种子源激光器输出的激光经光纤分束器后分为n路子光束，n路子光束分别经对应的相位调制器、偏振控制器、光纤放大器进行相位调制、偏振控制以及功率放大后，由光纤准直器阵列合成后输出到空间，形成阵列光束，其中光纤准直器阵列包括n个光纤准直器，n个光纤准直器以预设的阵列排布方式排布，使得输出的阵列光束的排布方式对应预设的合成光场中像素的排列方式。
8.根据权利要求7所述的基于光纤激光相干阵列的合成光场装置，其特征在于，所述光纤准直器阵列合成后输出的阵列光束经第一分光镜分为两部分，大部分光束经第一分光镜反射后输出到自由空间，经第一分光镜透射的少部分光束入射至第二分光镜，经第二分光镜反射的光束输入偏振控制回路，经第二分光镜透射的光束输入反射镜，并由反射镜输入至相位控制回路。
9.根据权利要求6或7或8所述的基于光纤激光相干阵列的合成光场装置，其特征在于，所述相位控制回路包括相位误差检测模块和相位噪声信号处理器；
10.根据权利要求9所述的基于光纤激光相干阵列的合成光场装置，其特征在于，所述偏振控制回路包括偏振方向检测模块和偏振信号处理器；
11.根据权利要求10所述的基于光纤激光相干阵列的合成光场装置，其特征在于，还包括光场参数控制器，用于加载阵列光束的预设振幅分布要求、预设相位分布图、偏振态分布要求；
...【技术特征摘要】
1.基于光纤激光相干阵列的合成光场方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于光纤激光相干阵列的合成光场方法，其特征在于，采集一小部分输出的阵列光束输入相位误差检测模块；所述相位误差检测模块包括液晶调相器阵列板、凸透镜、针孔和光电探测器，所述液晶调相器阵列板上阵列排布有液晶相位调节单元，液晶相位调节单元的排布方式与阵列光束相同，阵列光束中的每一路单元光束对应液晶调相器阵列板上的一个液晶相位调节单元，所述液晶调相器阵列板上加载有翻转操作后的预设相位分布图，采集的一小部分输出的阵列光束入射到液晶调相器阵列板上，这样通过液晶调相器阵列板在阵列光束的各单元光束之间引入了设定的相位差，经液晶调相器阵列板后的阵列光束经凸透镜、针孔后由光电探测器接收，光电探测器将光信号转换为电信号传输给相位噪声信号处理器，相位噪声信号处理器以经液晶调相器阵列板的阵列光束中各单元光束间的相位差补偿为0为优化目标，在各路子光束对应的相位调制器上加载与翻转操作后的预设相位分布图相反的相位控制信号，从而使输出的阵列光束满足预设的相位分布要求。
3.根据权利要求1所述的基于光纤激光相干阵列的合成光场方法，其特征在于，采集一小部分输出的阵列光束输入偏振方向检测模块，偏振方向检测模块包括1/4波片、液晶延迟器阵列板、偏振检测板和光电探测器阵列板；
4.根据权利要求3所述的基于光纤激光相干阵列的合成光场方法，其特征在于，液晶延迟器阵列板的快轴、慢轴方向与1/4波片的快轴、慢轴方向夹角为45°，偏振检测板的偏振方向与1/4波片的快轴方向一致。
5.根据权利要求4所述的基于光纤激光相干阵列的合成光场方法，其特征在于，采集的一小部分输出的阵列光束入射到1/4波片，根据入射光束偏振方向与1/4波片快慢轴...
【专利技术属性】
技术研发人员：马阎星，何锋，司磊，粟荣涛，宋锐，喻湘荣，曾翼，韩凯，周朴，许晓军，陈金宝，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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