[發(fā)明專利]一種計算成像同軸全息光纖模式分解方法及裝置有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110470002.7 | 申請日： | 2021-04-28 |
| 公開（公告）號： | CN113218517B | 公開（公告）日： | 2022-07-22 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 韓志剛;張曉宇;朱日宏;李俊博;李永龍;李方欣;楊振營;阮博維 | 申請（專利權(quán)）人： | 南京理工大學(xué) |
| 主分類號： | G01J9/00 | 分類號： | G01J9/00 |
| 代理公司： | 南京理工大學(xué)專利中心 32203 | 代理人： | 朱沉雁 |
| 地址： | 210094 江*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 計算 成像 同軸 全息 光纖 模式 分解 方法 裝置 | ||
本發(fā)明公開一種計算成像同軸全息的光纖模式分解方法及裝置，步驟如下：使用光纖點衍射同軸全息裝置獲取參考光強度分布和不同偏振方向下的光纖激光遠場同步移相干涉圖；解調(diào)上述移相干涉圖獲得測試光在遠場的光強和相位分布，進而重構(gòu)測試光遠場復(fù)振幅分布；根據(jù)計算成像理論構(gòu)建虛擬4
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及激光器測量領(lǐng)域，具體涉及一種計算成像同軸全息光纖模式分解方法及裝置。
背景技術(shù)
隨著激光技術(shù)飛速發(fā)展，模場的精確瞬態(tài)分析也變得尤為重要。分析激光模場組成(獲取本征模功率比和模間相位差)的動態(tài)變化有利于探索激光模場的變化機理，從而更好的設(shè)計和制造激光裝置；掌握上述參數(shù)的變化還有助于評估激光近場和遠場特性的動態(tài)變化，對激光模場進行控制和利用從而改善激光特性。
至今，多種模式分解技術(shù)被提出，主要包括空間光譜法、相關(guān)分析法、數(shù)值分析法和波前測量法等。
其中，空間光譜法是一種基于光纖中傳輸不同模式發(fā)生的光譜干涉來區(qū)分出光纖中不同模式比例的方法。該方法將寬光譜光束耦合到測試光纖，然后測量光纖輸出端不同位置處的光譜，能夠獲取激光本征模的功率占比，但由于需要移動光纖探頭采集全場光譜信息，因此無法實現(xiàn)快速測量。
相關(guān)分析法是一種采用光學(xué)濾波器實現(xiàn)模式分解的方法。該方法通過設(shè)置光學(xué)濾波器上透過率函數(shù)為測試光纖中本征模式電場分布的共軛，從而得到不同模式的占比，再對透過率函數(shù)處理可以得到各個模式的相位分布。但該方法所使用光學(xué)濾波器的制作復(fù)雜，且僅適用于特定光纖在特定光學(xué)系統(tǒng)下的輸出光斑，通用性不高。
數(shù)值分析法僅需要激光近場的光強分布就可以實現(xiàn)模式分解，其裝置簡單，運算速度快，且對光源的時間相干性不敏感。但是該方法中包含迭代優(yōu)化過程，易發(fā)生不收斂或陷入局部最優(yōu)的情況，不適合處理模式數(shù)量比較多的復(fù)雜激光模場。此外，該方法對光強噪聲較為敏感，分解精度受信噪比影響較大。
波前測量法通過測量光場復(fù)振幅，將其與本征模復(fù)振幅做模式正交運算來獲得各本征模系數(shù)。相比于數(shù)值分析法通過近場光強實現(xiàn)模式分解，波前測量法通過獲取近場復(fù)振幅解決數(shù)值分析法需要迭代運算，對光強噪聲敏感等問題。2012年，Mathieu Paurisse等人(M.Paurisse,L.Lévèque,M.Hanna,et al.Complete measurement of fiber modalcontent by wavefront analysis[J].Optics Express,2012,20(4):4074-4084.)通過利用四波橫向剪切干涉儀重構(gòu)光場復(fù)振幅，配合精確的光斑中心定位技術(shù)同時獲取了多模光纖中各本征模功率系數(shù)和模間相位差信息。四波剪切法對光源的時間相干性不敏感，適合寬光譜光源的波前測量。但是剪切法是通過測量波前梯度來恢復(fù)波前，其復(fù)振幅重構(gòu)精度偏低。2017年，Meng Lyu等人(M.Lyu,Z.Lin,G.Li,et al.Fast modal decomposition foroptical fibers using digital holography[J].Scientific Reports,2017,7:6556.)實現(xiàn)了基于離軸全息技術(shù)重構(gòu)了激光束復(fù)振幅的光纖模式分解技術(shù)，但該系統(tǒng)中的離軸像差會對實驗結(jié)果造成較大的影響。而且為了高分辨獲取光纖端面的復(fù)振幅信息，這兩種方法的測量光路中都引入了多個成像透鏡獲得近場復(fù)振幅分布，增加系統(tǒng)裝調(diào)難度同時會引入波前像差，使得激光模式分解的精度受到限制。本發(fā)明將采用一種計算成像同軸全息光纖模式分解方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，實現(xiàn)激光模式的快速高精度分解。
發(fā)明內(nèi)容
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