[發明專利]實現軌道角動量光束模式切換的相位控制系統及方法

有效

• 申請號: 202011086232.5
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112164973B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 周樸;侯天悅;馬鵬飛;馬閻星;粟榮濤;吳堅;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）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H01S3/23
• 分類號: H01S3/23;H01S3/10;G02B27/00
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 周達

實現軌道角動量光束模式切換的相位控制系統及方法，n束子激光各自對應的子激光路徑上依次設有相位調制器、級聯光纖放大器和準直器，n個準直器按照圓環形陣列排布形成準直器陣列。準直器陣列輸出的相干光纖激光陣列入射到高反射鏡，高反射鏡的透射光路上依次設有4?F成像系統、空間光相位調制器、透鏡和光電探測器陣列，空間光相位調制器加載有復雜相位板，各光電探測器前均安裝有小孔光闌，光電探測器陣列與相位控制器連接，相位控制器處理接收到的電信號，并對各相位調制器施加對應的相位控制電壓，實現閉環相位控制。本發明在補償動態相位噪聲的同時確保單元光束活塞相位的高速調制，從而實現產生軌道角動量光束模式的高速切換。

技術領域

本發明涉及光纖激光相干合成技術領域，特別是涉及一種實現軌道角動量光束模式切換的相干光纖激光陣列相位控制系統及方法。

背景技術

近年來，隨著激光技術的發展，科研人員對光場的操控能力得到了提升。對光場的空間結構進行操控可以產生振幅、相位、偏振態和相干度具有特殊空間分布的結構光場，結構光場的產生與調控不僅展現了新穎的物理效應和現象，還拓展了包含空間光通信、光學微操縱、超分辨率光成像、激光燒蝕、材料加工等在內的多種應用。

作為結構光場中具有代表性的一類，相位具有螺旋結構的軌道角動量光束以其獨特的環形光強分布，螺旋結構相位分布和攜帶軌道角動量的動力學特性引起了國內外研究人員的廣泛關注。

軌道角動量光束的不同模式空間正交，在應用于通信系統時具有提升通信容量的巨大潛力，而對于直接利用軌道角動量模式進行信息編碼這一工作方式，提升軌道角動量光束的模式切換速度是長期以來需要解決的問題。針對這一問題，利用光纖激光相干合成產生軌道角動量光束提供了一種有效的途徑，一方面相干合成具有功率提升潛力，有望提高輸出軌道角動量光束的功率，另一方面，相干合成系統中的關鍵器件相位調制器工作頻率較高，可以確保子激光高速相位切換，進而實現產生軌道角動量光束的高速模式切換。

在光纖激光相干合成系統中，特別是工作在高功率條件下，受熱和環境擾動等因素影響，動態相位噪聲難以避免，嚴重影響相干合成產生軌道角動量的效率和模式純度。同時，為了實現軌道角動量光束的快速模式切換，需要在補償動態相位噪聲的同時主動引入高速動態相移，光纖激光相干合成系統的現有相位控制方法在預期相位確定的同時補償動態相位噪聲方面已取得了顯著進展，而在高速切換預期相位的同時實現動態相位噪聲補償十分困難。因此，需要在光纖激光陣列系統中提出一種實現軌道角動量光束模式切換的相位控制方法。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明提出了實現軌道角動量光束模式切換的相位控制系統及方法。本發明可以在補償動態相位噪聲的同時確保子激光活塞相位的高速調制，從而實現產生軌道角動量光束模式的高速切換。

為實現上述技術目的，本發明采用的具體技術方案如下：

實現軌道角動量光束模式切換的相位控制系統，子激光產生單元、相位調制器、級聯光纖放大器、準直器陣列、高反射鏡、4-F成像系統、空間光相位調制器、透鏡、光電探測器陣列和相位控制器。

子激光產生單元產生n束子激光。n路子激光分別對應一路子激光路徑，各路子激光路徑上依次設有相位調制器、級聯光纖放大器和準直器，n個準直器按照圓環形陣列排布形成準直器陣列。準直器陣列輸出的相干光纖激光陣列入射到高反射鏡，高反射鏡的透射輸出光路上依次設有4-F成像系統、空間光相位調制器、透鏡和光電探測器陣列，空間光相位調制器加載有復雜相位板，光電探測器陣列中的各光電探測器前均安裝有小孔光闌，光電探測器陣列與相位控制器連接，將探測到的光強信號轉換為電信號傳輸至相位控制器，相位控制器處理接收到的電信號，并對各路子激光路徑中的相位調制器施加對應的相位控制電壓，實現系統的閉環相位控制。

進一步地，本發明所述子激光產生單元包括種子源，預放大器和光纖分束器，種子源輸出的激光經預放大器放大后通過光纖分束器分束為n束子激光。