[發(fā)明專利]激光光束相干度和束散角復(fù)合調(diào)控方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810891984.5
• 申請(qǐng)日: 2018-08-07
• 公開（公告）號(hào): CN108919532B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 倪小龍;姚海峰;劉智;陳純毅;張潔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G02F1/13
• 分類號(hào): G02F1/13;G02F1/133;G02F1/29
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 王丹陽

激光光束相干度和束散角復(fù)合調(diào)控方法屬于應(yīng)用光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。現(xiàn)有技術(shù)在裝置方面存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，裝置的設(shè)計(jì)和制造成本也會(huì)很高。本發(fā)明由計(jì)算機(jī)根據(jù)零均值高斯分布二實(shí)值函數(shù)生成零均值高斯分布相位圖；輸入所需激光光束的空間相干長度σ_g和束散角θ的值，再由計(jì)算機(jī)根據(jù)隨機(jī)相位函數(shù)束散角調(diào)制函數(shù)分別生成若干個(gè)相干長度調(diào)控相位圖、束散角調(diào)控相位圖；將兩個(gè)相位圖疊加后取余，生成復(fù)合調(diào)控相位圖；將所述復(fù)合調(diào)控相位圖加載到液晶空間光調(diào)制器上，復(fù)合調(diào)控相位圖按某一頻率切換，對(duì)液晶空間光調(diào)制器的相位調(diào)制量進(jìn)行灰度控制，同步完成對(duì)入射激光光束的相干度和束散角的復(fù)合調(diào)控。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光光束相干度和束散角復(fù)合調(diào)控方法，屬于應(yīng)用光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

就空間相干光而言，與完全相干光相比，部分相干光的相干度低，光強(qiáng)分布更加均勻，而且在傳輸過程中也更容易保持光強(qiáng)分布不變。在相同的湍流條件下，湍流介質(zhì)對(duì)部分相干光的影響比它對(duì)完全相干光的影響要小的多。因此，部分相干光在大氣湍流中長距離傳播時(shí)發(fā)散更小，能量更集中，光束形狀保持得更好。正是由于部分相干光具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，其被廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域，如自由空間激光通信、激光熱處理、激光掃描、激光涂敷、激光可控核聚變、激光全息和非線性光學(xué)以及成像光學(xué)等。于是，現(xiàn)有技術(shù)需要采取措施，通過相干長度的調(diào)整，將作為完全相干光的激光調(diào)整為部分相干光，例如，在激光諧振腔外加裝光學(xué)元件，或者在激光諧振腔內(nèi)放置光學(xué)元件調(diào)控激光相干度大小。

另外，為了實(shí)現(xiàn)光束的遠(yuǎn)距離傳輸，需要將光束的束散角壓縮到最小值，接近衍射極限角。由于束散角的大小與相干度相關(guān)，也就是相干度越高，束散角越小，好像在調(diào)控相干度的同時(shí)也就調(diào)控了束散角，其實(shí)不然，因?yàn)椋喔啥扰c束散角的對(duì)應(yīng)關(guān)系十分復(fù)雜，束散角并不能在調(diào)控相干度的同時(shí)按照預(yù)期得到相應(yīng)調(diào)控。因此，現(xiàn)有技術(shù)另行采用準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)壓縮光束的束散角。并且，需要針對(duì)部分相干光的不同相干度，重新設(shè)計(jì)準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)。

可見，現(xiàn)有技術(shù)為了獲得所需部分相干光和控制束散角，在裝置的方面存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，裝置的設(shè)計(jì)和制造成本也會(huì)很高。

再有，部分相干光的產(chǎn)生本來就是隨機(jī)的，存在諸多不確定性，其中就包括相干度的不確定，也就是說部分相干光的相干度不穩(wěn)定，更為糟糕的是，相干度的變化又會(huì)引起束散角的變化，直接影響光束在介質(zhì)中的正常傳輸。

發(fā)明內(nèi)容

為了獲得所需部分相干光和控制束散角，同時(shí)簡化調(diào)控裝置結(jié)構(gòu)，降低調(diào)控成本，并且能夠穩(wěn)定部分相干光的相干度，我們發(fā)明了一種激光光束相干度和束散角復(fù)合調(diào)控方法，從方法方面一次性同步調(diào)控部分相干光的相干度及束散角。

本發(fā)明之激光光束相干度和束散角復(fù)合調(diào)控方法包括以下步驟，激光光束經(jīng)準(zhǔn)直后由偏振器件起偏為符合液晶空間光調(diào)制器要求的偏振光，在計(jì)算機(jī)的控制下，由液晶空間光調(diào)制器完成激光光束的相干度和束散角的調(diào)控，得到具有某一相干長度和束散角的部分相干激光光束；其特征在于：

根據(jù)零均值高斯分布二實(shí)值函數(shù)生成零均值高斯分布相位圖；輸入所需激光光束的空間相干長度σ_g和束散角θ的值，由計(jì)算機(jī)根據(jù)隨機(jī)相位函數(shù)束散角調(diào)制函數(shù)分別生成若干個(gè)相干長度調(diào)控相位圖、束散角調(diào)控相位圖；

相干長度調(diào)控相位圖的生成過程為：

根據(jù)輸入的空間相干長度σ_g生成窗口函數(shù)以窗口函數(shù)作為卷積核，由所述零均值高斯分布相位圖卷積產(chǎn)生具有某一相位相干長度δ_φ的隨機(jī)相位函數(shù)即：

式中：為相位圖像素點(diǎn)極坐標(biāo)；根據(jù)δ_φ＝mσ_g，m為相干長度轉(zhuǎn)換系數(shù)，求得相位相干長度δ_φ，最后由隨機(jī)相位函數(shù)生成具有所述某一相位相干長度δ_φ的相干長度調(diào)控相位圖；

束散角調(diào)控相位圖的生成過程為：