[發(fā)明專利]徑向和角向階數(shù)可切換的軌道角動(dòng)量光束產(chǎn)生系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011086134.1
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112180613B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周樸;侯天悅;馬鵬飛;馬閻星;粟榮濤;吳堅(jiān);李燦;劉偉;姜曼;張雨秋;常琦;常洪祥;王濤;張嵩;司磊;許曉軍;陳金寶
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;H01S3/23;H01S3/13;H01S3/10
• 代理公司: 長沙國科天河知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 周達(dá)

1.徑向和角向階數(shù)可切換的軌道角動(dòng)量光束產(chǎn)生方法，其特征在于：利用相干光纖激光陣列產(chǎn)生軌道角動(dòng)量光束，在相干光纖激光陣列產(chǎn)生系統(tǒng)中采集小部分系統(tǒng)輸出的相干光纖激光陣列并將其轉(zhuǎn)為電信號用于伺服閉環(huán)控制，生成相干光纖激光陣列中各路單元光束的相位控制信號，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相位噪聲的補(bǔ)償和相干光纖激光陣列的相位調(diào)控；同時(shí)通過控制相干光纖激光陣列中各圓環(huán)形子陣列單元光束的開關(guān)開關(guān)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相干光纖激光陣列產(chǎn)生軌道角動(dòng)量光束的徑向和角向模式切換；

在相干光纖激光陣列產(chǎn)生系統(tǒng)中，將種子激光分束為多路單元光束，各路單元光束分別依次經(jīng)過相位調(diào)制器相位調(diào)控、強(qiáng)度調(diào)制器振幅調(diào)控和光纖放大模塊功率放大后傳輸?shù)轿挥诎l(fā)射面的準(zhǔn)直器陣列，準(zhǔn)直器陣列將多路單元光束拼接成相干光纖激光陣列并準(zhǔn)直輸出，發(fā)射面輸出的相干光纖激光陣列分為兩部分，其中一大部分相干光纖激光陣列作為系統(tǒng)輸出，分束器輸出的另一小部分相干光纖激光陣列經(jīng)空間光相位調(diào)制器進(jìn)行相位調(diào)制后被采集并將其轉(zhuǎn)換為電信號后傳輸給控制器，控制器對電信號進(jìn)行分析和處理獲取各路單元光束的相位控制信號，并將相位控制信號傳送至對應(yīng)的相位調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相位噪聲的補(bǔ)償和陣列光束的相位調(diào)控；同時(shí)控制器通過控制各強(qiáng)度調(diào)制器實(shí)現(xiàn)各圓環(huán)形子陣列單元光束的開關(guān)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相干光纖激光陣列產(chǎn)生軌道角動(dòng)量光束的徑向和角向模式切換；其中相干光纖激光陣列包括同圓心的N_circ個(gè)圓環(huán)形子陣列，每個(gè)圓環(huán)形子陣列上的單元光束沿角向均勻排布，相干光纖激光陣列中的各路單元光束的束腰半徑為w₀，波長為λ，光束口徑為d，振幅為A₀；發(fā)射面相干光纖激光陣列的光場分布為：

其中，(x,y)為發(fā)射面坐標(biāo)，N_j為第j個(gè)圓環(huán)形子陣列包含的單元光束數(shù)目，(x_j,h,y_j,h)和φ_j,h為第j個(gè)圓環(huán)形子陣列上第h個(gè)單元光束的中心坐標(biāo)和活塞相位；

單元光束的中心坐標(biāo)參數(shù)滿足：

其中，r_j為第j個(gè)圓環(huán)形子陣列的單元光束中心與發(fā)射面陣列中心間距；

發(fā)射面相干光纖激光陣列中各單元光束的活塞相位參數(shù)滿足：

其中，m_j為第j個(gè)圓環(huán)形子陣列的單元光束預(yù)期相位調(diào)制參數(shù)；

空間光相位調(diào)制器加載調(diào)制相位表達(dá)式為：

空間光相位調(diào)制器加載調(diào)制相位為發(fā)射面預(yù)期相位的復(fù)共軛，相干光纖激光陣列經(jīng)過空間光相位調(diào)制器進(jìn)行相位調(diào)制后，被光電探測器采集，并通過控制器實(shí)施活塞相位優(yōu)化控制算法生成各路單元光束的相位控制信號，并將相位控制信號傳送至對應(yīng)的相位調(diào)制器，使各路相位調(diào)制后的單元光束相位同步。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向和角向階數(shù)可切換的軌道角動(dòng)量光束產(chǎn)生方法，其特征在于：實(shí)現(xiàn)相干光纖激光陣列產(chǎn)生軌道角動(dòng)量光束的徑向模式切換時(shí)，發(fā)射面相干光纖激光陣列中各圓環(huán)形子陣列的單元光束預(yù)期相位調(diào)制參數(shù)相同，即各圓環(huán)形子陣列的目標(biāo)均為產(chǎn)生角向階數(shù)為m的軌道角動(dòng)量光束；此時(shí)通過控制器對強(qiáng)度調(diào)制器的控制實(shí)現(xiàn)圓環(huán)形子陣列單元光束的開關(guān)，從相干光纖激光陣列整體角度看等效于調(diào)控圓環(huán)形相干光纖激光陣列總發(fā)射口徑結(jié)構(gòu)參數(shù)即圓環(huán)形相干光纖激光陣列其內(nèi)徑和外徑的比值，圓環(huán)內(nèi)徑和外徑的比值影響遠(yuǎn)場軌道角動(dòng)量光束的徑向階數(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生軌道角動(dòng)量光束的徑向模式切換。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向和角向階數(shù)可切換的軌道角動(dòng)量光束產(chǎn)生方法，其特征在于：實(shí)現(xiàn)相干光纖激光陣列產(chǎn)生軌道角動(dòng)量光束的角向模式切換時(shí)，發(fā)射面相干光纖激光陣列中各圓環(huán)形子陣列的單元光束預(yù)期相位調(diào)制參數(shù)不同，即發(fā)射面相干光纖激光陣列中不同圓環(huán)形子陣列的目標(biāo)為產(chǎn)生角向階數(shù)不同的軌道角動(dòng)量光束；當(dāng)預(yù)期切換到角向階數(shù)為m的軌道角動(dòng)量光束時(shí)，通過控制器對強(qiáng)度調(diào)制器的控制實(shí)現(xiàn)圓環(huán)形子陣列單元光束的開關(guān)，使相干光纖激光陣列中圓環(huán)形子陣列單元光束預(yù)期相位調(diào)制參數(shù)為m的圓環(huán)形子陣列單元光束工作在出光狀態(tài)，而使相干光纖激光陣列中圓環(huán)形子陣列單元光束預(yù)期相位調(diào)制參數(shù)不為m的圓環(huán)形子陣列單元光束工作在不出光狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)輸出角向階數(shù)為m的軌道角動(dòng)量光束，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生軌道角動(dòng)量光束的角向模式切換。