[發明專利]一種基于液晶空間光調制器實現光束聚焦反饋控制的方法

有效

• 申請號: 201710356859.X
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107065124B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 陳志峰;謝志坤;錢偉岸;張金輝;李少鋒;衛冠;鄧榮標
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: G02B7/28
• 分類號: G02B7/28
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

本發明公開了一種基于液晶空間光調制器實現光束聚焦反饋控制的方法，利用液晶空間光調制器產生可編程的菲涅爾透鏡結構，通過對光束進行位相或振幅調制，實現對光束焦點的軸向偏移與橫向偏移的精確調節；在此基礎上利用面陣探測器檢測光束焦點的三維偏移信息，結合閉環算法及圖像處理，進一步實現對光束聚焦點三維位置的實時反饋控制。本發明具有速度快、精度高、體積小以及可以便于實現聚焦位置三維控制的優點。

技術領域

本發明涉及激光調控技術領域，尤其涉及一種基于液晶空間光調制器實現光束聚焦反饋控制的方法。

背景技術

激光具有指向性好、能量集中的特點，被廣泛應用于通信、測量、加工等眾多領域以及前沿科學研究。在實際應用中，如精密測量、激光加工等，往往需要精密控制光束聚焦點位置，快速調整激光的聚焦距離。而對于自由空間光通信等需要較長距離傳輸的應用，由于傳輸路徑中光學元件的不穩定性以及各種環境擾動因素的影響，也需要對光束聚焦進行精密的反饋控制以保證傳輸的實時穩定性。因此對光束聚焦控制方法的研究具有重要的實際意義。

發明內容

為了克服現有技術存在的缺點與不足，本發明提供一種基于液晶空間光調制器實現光束聚焦反饋控制的方法，基于液晶空間光調制器實現對光束聚焦點三維位置的可編程控制，結合面陣探測可進一步實現對聚焦點位置的實時反饋控制；對比傳統的機電控制方法，本發明具有速度快、精度高、體積小以及可以便于實現聚焦點位置三維控制的優點。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種基于液晶空間光調制器實現光束聚焦反饋控制的方法，利用液晶空間光調制器產生可編程的菲涅爾透鏡結構，通過對光束進行位相或振幅調制，實現對光束焦點的軸向偏移與橫向偏移的精確調節；在此基礎上用面陣探測器檢測光束焦點的三維偏移信息，結合閉環算法及圖像處理，進一步實現對光束聚焦點三維位置的實時反饋控制。

進一步地，所述利用液晶空間光調制器產生可編程的菲涅爾透鏡結構以實現動態的聚焦控制，液晶空間光調制器對光束的調制方式采用位相調制或者振幅調制；

所述對光束進行位相調制，其具體為：利用液晶空間光調制器產生同心圓環狀的波帶型位相結構，將每個波帶劃分臺階；設波帶數為N，每個波帶劃分L個臺階，則其中第k個臺階調制的位相φ為：

第j個波帶的半徑r_j為：

式中，λ為入射光波長，f_z為焦距；

所述對光束進行振幅調制，具體為：

利用液晶空間光調制器產生同心圓環狀的波帶結構，奇數波帶振幅透過率為1，偶數波帶振幅透過率為0；其中，第j個波帶的半徑r_j為：

式中，λ為入射光波長，f_z為焦距。

進一步地，所述對光束焦點的軸向偏移與橫向偏移的精確調節，其中，對軸向偏移的精確調節是通過改變可編程菲涅爾透鏡結構的波帶半徑實現的；對橫向偏移的精確調節，是通過偏心透鏡法實現的；所述偏心透鏡法，利用平行光束焦點始終落在透鏡光軸上特點，控制菲涅爾波帶中心平移，光束焦點也會同向平移相同的距離，而焦點位置坐標的軸向分量不變。

進一步地，所述利用面陣探測器檢測光束焦點的軸向偏移與橫向偏移信息，具體為：

其中，光束焦點的橫向偏移由探測器上的光斑中心坐標給出，具體通過如下一階矩法獲得：

式中，(x_i,y_i)為探測器任意像素元的位置坐標，I為該像素元測得的光強度值；