【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及非线性光学，尤其涉及一种相位调制光限幅器及其设计方法。
技术介绍
1、光限幅效应指材料或器件在入射光能量或功率较低时透过率较高，而在入射光能量或功率较高时透过率变低的效应。动态范围（dr），也叫非线性防护倍率，即器件在高能量激光下的最低透过率与低能量下的透过率之比，是光限幅材料及器件的核心指标。单层的光限幅材料因难以有效利用激光的能量而需具备足够大的衰减倍率。从20世纪末开始，以美国代表的几个国家陆续开展了光限幅器的研发工作，包括多层级联衰减光限幅器和液芯光纤阵列光限幅器。其中，多层级联衰减光限幅器的制备工艺要求光限幅材料的工质层和基质层的厚度精确度至少达到微米量级，特别是在较大数值孔径的光学系统中，不仅要求工质层做到极薄且均匀，还要求基质的溶解度能达到工质中光限幅器的设计浓度的要求；而典型的液芯光纤阵列光限幅器的制备工艺要求光纤均质、中心空芯区孔径延光路基本不变、空芯区域的直径小于30微米、长度不少于3毫米、临近光纤的间距小于50微米、焦点与光纤接口需严格对接、注液需均匀稳定无气泡等。多层级联衰减光限幅器和液芯光纤阵列光限幅器的制备工艺均较为复杂，制备成本和器件维护的难度较高。
技术实现思路
1、本专利技术为解决现有的光限幅器具有制备工艺均较为复杂，制备成本和器件维护的难度较高的缺点，提供一种相位调制光限幅器及其设计方法，所提出的相位调制光限幅器在提升光限幅性能的前提下，具有制备成本低、制备工艺难度低和普适性广的优点。
2、本专利技术提出的相位调制光限幅
3、s1：搭建用于调试相位调制光限幅器的光路结构，光路结构包括激光器、分束模块、相位调制光限幅器、第一图像显示模块、第二图像显示模块和主机，主机用于调节第一相位调制器和第二相位调制器，激光器发射的激光经分束模块分为两束激光，一束激光经相位调制光限幅器进行限幅后，通过第一图像显示模块成像为观测图像，另一束激光通过第二图像显示模块成像为参考图像；
4、s2：打开激光器，主机将优化后的预设m阶贝塞尔光束的归一化系数输入至第一相位调制器，获得总的贝塞尔光束:
5、（1）；
6、（2）；
7、其中，为总的贝塞尔光束，为第m阶贝塞尔光束的归一化系数，为第m阶贝塞尔光束的电场复振幅，为模值，， a为常数，为第一相位调制器的调制相位，r和z分别为径向坐标和轴向坐标；
8、s3：根据式（1）的计算结果，计算第一相位调制器和第二相位调制器的距离l：
9、（3）；
10、（4）；
11、（5）；
12、其中，k为波矢，和分别为径向波矢和轴向波矢，b为衍射角，d为有效孔径，λ为波长；
13、s4：根据步骤s3的计算结果对第一相位调制器和第二相位调制器的距离进行调整；
14、s5：根据第二相位调制器的解调相位，通过下式求解光限幅元件的微扰：
15、（6）；
16、（7）；
17、其中，为第二相位调制器的解调相位，为第二相位调制器出射的解调光束的电场复振幅，为入射至第二相位调制器的电场，a为光限幅元件的变换矩阵，为光限幅元件的衰减因子，为单位矩阵；
18、s6：根据式（6）-（7），主机基于gs算法并以第一相位调制器的逆相位为初始相位，对第二相位调制器的解调相位进行迭代调节，使第二相位调制器的解调相位满足下式，完成对相位调制光限幅器的设计：
19、（8）；
20、（9）。
21、优选地，第一相位调制器和第二相位调制器为空间光调制器、轴棱镜、相位调制光栅或环缝透镜组。
22、优选地，光限幅元件的材料为铟酞菁、l34液晶、富勒烯或半导体量子点。
23、优选地，第一图像显示模块包括观测成像镜头和观测图像探测器，第二图像显示模块包括参考成像镜头和参考图像探测器。
24、优选地，光路结构还包括扩束镜和时序脉冲发生器，其中，
25、扩束镜置于激光器和分束模块之间，扩束镜用于使激光器输出的激光光束与第一相位调制器的口径相匹配；
26、时序脉冲发生器包括四个接口，其中，第一接口与主机相连，第二接口与激光器相连，第三接口与观测图像探测器相连，第四接口与参考图像探测器相连，主机根据激光器发射激光脉冲的时间控制时序脉冲发生器向观测图像探测器和参考图像探测器发射触发信号，使观测图像探测器和参考图像探测器在接收激光脉冲的前一刻同时打开快门。
27、优选地，在步骤s6中，迭代调节的次数为不少于三十次。
28、优选地，在步骤s6中，gs算法可替换为优化gs算法、杨顾算法、加权杨顾算法或ift算法。
29、优选地，分束模块的分光比例为50：50。
30、本专利技术提出的相位调制光限幅器，利用相位调制光限幅器的设计方法制得。
31、与现有技术相比，本专利技术能够取得如下有益效果：
32、本专利技术提出的相位调制光限幅器包括第一相位调制器、光限幅元件和第二相位调制器，且第一相位调制器、光限幅元件和第二相位调制器均有多种替换设备，因此，衰减倍率和相位均可按需调节，且制备成本和制备工艺要求较低，且具有更高的普适性，因本专利技术中的光限幅元件可进行换液和水冷，且可自由移动，极大的较低了受损光振幅器件的维修难度。
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1.一种相位调制光限幅器的设计方法，其特征在于，所述相位调制光限幅器包括沿光路传播方向依次设置的第一相位调制器、光限幅元件和第二相位调制器，且所述第一相位调制器、所述光限幅元件和所述第二相位调制器同轴设置；其中，所述设计方法具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的相位调制光限幅器的设计方法，其特征在于，所述第一相位调制器和所述第二相位调制器为空间光调制器、轴棱镜、相位调制光栅或环缝透镜组。
3.根据权利要求1所述的相位调制光限幅器的设计方法，其特征在于，所述光限幅元件的材料为铟酞菁、L34液晶、富勒烯或半导体量子点。
4.根据权利要求1所述的相位调制光限幅器的设计方法，其特征在于，所述第一图像显示模块包括观测成像镜头和观测图像探测器，所述第二图像显示模块包括参考成像镜头和参考图像探测器。
5.根据权利要求4所述的相位调制光限幅器的设计方法，其特征在于，所述光路结构还包括扩束镜和时序脉冲发生器，其中，
6.根据权利要求1所述的相位调制光限幅器的设计方法，其特征在于，在所述步骤S6中，所述迭代调节的次数为不少于三十次。<...
【技术特征摘要】
1.一种相位调制光限幅器的设计方法，其特征在于，所述相位调制光限幅器包括沿光路传播方向依次设置的第一相位调制器、光限幅元件和第二相位调制器，且所述第一相位调制器、所述光限幅元件和所述第二相位调制器同轴设置；其中，所述设计方法具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的相位调制光限幅器的设计方法，其特征在于，所述第一相位调制器和所述第二相位调制器为空间光调制器、轴棱镜、相位调制光栅或环缝透镜组。
3.根据权利要求1所述的相位调制光限幅器的设计方法，其特征在于，所述光限幅元件的材料为铟酞菁、l34液晶、富勒烯或半导体量子点。
4.根据权利要求1所述的相位调制光限幅器的设计方法，其特征在于，所述第一图像显示模块包括观测成像镜头和观测图像探测器，所述第二图像...
【专利技术属性】
技术研发人员：张云峰，邵俊峰，曹立华，郑长彬，刘扬，王春锐，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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