[發明專利]一種在多模光纖中實現彩色光定點傳輸的光場合成方法

在審

• 申請號: 202010019032.1
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111123509A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 李朝暉;覃良霞;沈樂成;伍代軒
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 王曉玲

本發明涉及光場調控技術領域，更具體地，涉及一種在多模光纖中實現彩色光定點傳輸的光場合成方法。本發明首先對紅、綠、藍三種單色光通過多模光纖形成的散斑利用反饋式的波前整形技術實現散斑的聚焦。基于不同波長的單色光在多模光纖中的去相關性，對聚焦光斑的電場進行不同比例的疊加，可實現任意彩色光的合成。該電場疊加方法在輸出彩色光的效率上優于現有的對相位掩膜進行空間分割的方法。本發明能夠解決激光通過多模光纖后形成雜亂的散斑而造成成像分辨率低的問題，并在實現彩色光定點傳輸上提出了效率更高的光場合成算法，對生物組織彩色成像的探索具有重要意義。

技術領域

本發明涉及光場調控技術領域，更具體地，涉及一種在多模光纖中實現彩色光定點傳輸的光場合成方法。

背景技術

多模光纖能夠遠距離甚至繞過障礙物傳輸豐富的信息，因此在光通信和生物光子學中起著至關重要的作用。然而，不同光模之間的通道間串擾總是存在的，導致在光纖的末端出現隨機的散斑圖案。由于這一現象，在實際應用中只使用透射光的總功率，如光通信中的開/關信號，內鏡中的熒光燈。遺憾的是，由于模型置亂，在各種光學模式中嵌入的豐富信息很少被提取和利用。雖然人們已經做了大量的工作來利用數字信號處理來解調這些光模態，但是這些算法只適用于少數模態光纖。

基于不同單色光的波長在散射介質中的去相關性，多種色光照明的實時數字全息圖能夠有效記錄復雜物理量的變化信息，多光譜成像的研究對于綜合多種色光照明下的數字全息檢測具有重要意義。

現有技術利用空間光調制器對相位掩膜進行空間分割來合成彩色光的方法在輸出的彩色光效率上較低。且進一步的研究探索了利用對應的純相位全息圖的復雜疊加實現多模光纖的多目標生成，但利用對應的純相位全息圖的場疊加實現多模光纖的多色光生成的研究較少。

發明內容

本發明為克服上述現有技術中的缺陷，提供一種在多模光纖中實現彩色光定點傳輸的光場合成方法，能夠解決激光通過多模光纖后形成雜亂的散斑而造成成像分辨率低的問題，并在實現彩色光定點傳輸上提出了效率更高的光場合成算法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種在多模光纖中實現彩色光定點傳輸的光場合成方法，包括以下步驟：

S1.基于反饋式的波前整形技術，采用哈達碼編碼算法HEA，首先構建一組從低頻到高頻的哈達瑪基，隨后將哈達瑪基加載到空間光調制器上，分別加載0，π/2，π，3π/2四個相位，計算公式如下：

式中，H_n(k)為由+1和-1元素構成的哈達瑪(Hadamard)矩陣(n＝1，2，...，1024)，ψ_n-1(k)是當前n-1階最優相位掩膜，mπ/2是移相操作符；

S2.根據S1步驟的計算，(H_n(k)+1)/2將H_n(k)中的“+1”和“-1”元素變換成“+1”和“0”，通過該轉換，只有當“+1”時是空間光調制器發生調制，當“0”時被固定到零相位作為參考，因此H_n(k)每次通過調節一半的矩陣來改變空間光調制器上的相位值，此時光強度值為：

式中，E_n-1，opt(j)為未被調制光包含n-1階的最優化電場，E_n，mod(j)為調制光需要的n階優化電場，t(j，k)代表光束經多模光纖后的傳輸矩陣；

S3.通過相移來求解滯后角：φ_n＝Arg[(I_n，1(j)-I_n，3(j))+i(I_n，2(j)-I_n，4(j))]；