[發(fā)明專利]用于任意光束的振幅、相位和偏振的整形算法及其光路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910391498.1
• 申請(qǐng)日: 2019-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN110119028B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶少華;包棟杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B27/00
• 分類號(hào): G02B27/00;G02B27/09
• 代理公司: 長(zhǎng)沙永星專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;米中業(yè)

1.一種用于任意光束的振幅、相位和偏振的整形算法，包括如下步驟：

S1.設(shè)置光束整形參數(shù)；

S2.根據(jù)步驟S1設(shè)置的參數(shù)，計(jì)算得到輸入平面的復(fù)振幅；

S3.根據(jù)步驟S2得到的輸入平面的復(fù)振幅，計(jì)算得到輸出平面的復(fù)振幅；

S4.根據(jù)正交分解，將目標(biāo)振幅分解為兩個(gè)相互垂直方向上的分量，再根據(jù)每個(gè)點(diǎn)的目標(biāo)偏振態(tài)，確定兩個(gè)方向上的相位差；

S5.根據(jù)實(shí)際整形的目標(biāo)復(fù)振幅和輸入光束的復(fù)振幅，得到修正復(fù)振幅；

S6.根據(jù)步驟S5得到的修正復(fù)振幅，計(jì)算得到輸入平面的相位；

S7.將步驟S6得到的輸入平面的相位帶入步驟S3中的輸入平面的復(fù)振幅，并重復(fù)步驟S3～S6，直至滿足事先設(shè)定的條件，并輸出最終的步驟S6得到的輸入平面的相位作為純相位全息圖；

S8.將經(jīng)過整形后具有特定振幅和相位的偏振光束，在棱鏡的作用下被分割成兩束，分別在半波片的作用下調(diào)整偏振方向，最終在合束器中復(fù)合，得到目標(biāo)光束。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于任意光束的振幅、相位和偏振的整形算法，其特征在于步驟S1所述的光束整形參數(shù)，具體包括光束輸入平面的約束振幅A₀，入射光的初始相位P₀，整形迭代次數(shù)為N，并隨機(jī)獲得入射光的初始相位；整形迭代次數(shù)為步驟S7所述的事先設(shè)定的條件；所述的光束輸入平面的約束振幅A₀為平面型或高斯型。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于任意光束的振幅、相位和偏振的整形算法，其特征在于步驟S2所述的計(jì)算得到輸入平面的復(fù)振幅，具體為輸入平面的復(fù)振幅為A₀·exp(i·P₀)；其中A₀為光束輸入平面的約束振幅，P₀為入射光的初始相位，i為虛數(shù)單位，exp()為以e為底數(shù)的指數(shù)函數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于任意光束的振幅、相位和偏振的整形算法，其特征在于步驟S3所述的計(jì)算得到輸出平面的復(fù)振幅，具體為采用正向傳播函數(shù)計(jì)算得到輸出平面的復(fù)振幅U_c＝T[A₀·exp(i·P₀)]，并計(jì)算得到輸出平面的振幅A_c＝|U_c|和相位P_c＝angle(U_c)；其中，A₀為光束輸入平面的約束振幅，P₀為入射光的初始相位，i為虛數(shù)單位，exp()為以e為底數(shù)的指數(shù)函數(shù)，T[]為正向傳播函數(shù)，angle()為求相位角函數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1～4之一所述的用于任意光束的振幅、相位和偏振的整形算法，其特征在于步驟S4所述的確定兩個(gè)方向上的相位差，具體為采用如下算式計(jì)算兩個(gè)方向上的相位差：

A_t＝A_t·S_x·cos(a_t)+A_t·S_y·sin(a_t)

P_t＝(P_t+b)·S_x+(P_t-b)·S_y

U_t＝[A_t·S_x·cos(a_t)+A_t·S_y·sin(a_t)]·exp{i·[(P_t+b)·S_x+(P_t-b)·S_y]}

式中A_t為目標(biāo)振幅，S_x為x方向上的約束矩陣，a_t為目標(biāo)振幅在x和y方向矢量分解的夾角，S_y為y方向上的約束矩陣，P_t為目標(biāo)相位，b為x和y方向的相位差，i為虛數(shù)單位，exp()為以e為底數(shù)的指數(shù)函數(shù)，U_t為實(shí)際整形中的目標(biāo)復(fù)振幅，x和y為兩個(gè)相互垂直的方向。