[發明專利]一種線性約束的激光橫向高階模式分束單元及系統

有效

• 申請號: 202110476384.4
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113448105B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 賈俊亮;張沛;童童;瞿睿
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G02B27/10
• 分類號: G02B27/10;G02F1/13363
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種線性約束的激光橫向高階模式分束單元及系統，光線依次穿過其中一個波片、其中一個柱聚焦透鏡和光線分束器，從光線分束器射出后經過空間光調制器回到光線分束器，再從光線分束器至反射鏡反射至空間光調制器上，再回到反射鏡上反射依次經過另一個柱聚焦透鏡、光線分束器、另一個波片和偏振分束器，從偏振分束器中分成兩束射出。空間光調制器接觸光線的電控相列型液晶面板上并排設置有兩片相位片，兩片相位片的區域加載球面均為橢圓，光線經過空間光調制器的兩次期間，分別通過兩片相位片的區域加載球面波前調制。突破了單參數分束規則的限制，將單級次可完成的分束操作拓展至了兩個模式參數組成的態平面中。

技術領域

本發明屬于光學領域，涉及一種線性約束的激光橫向高階模式分束單元及系統。

背景技術

通常提及的激光高階橫向模式包括波動方程在笛卡爾坐標系下導出的厄米-高斯(HG)模式、在極坐標系下導出的拉蓋爾-高斯(LG)模式以及二者的過渡態因斯-高斯(IG)模式。厄米-高斯模式具有兩個特征參數n和m，分別對應笛卡爾坐標x和y，在光強上表現為x方向具有n+1個光斑，y方向具有m+1個光斑。拉蓋爾-高斯模式的兩個特征參數為和p，表現為角向的相位螺旋周期，p表現為徑向上光強的明暗周期。

激光高階橫向模式分束器是一種按照激光高階橫向模式的指數將模式分離到不同的路徑中，從而實現模式-路徑耦合的裝置。目前廣泛使用的分束器有兩種類型：

1. 2002年J.Leach等人[PhysRevLett.88.257901(2002)]提出用干涉儀的方法，結合道威棱鏡引入依賴LG模式指數的相位差，其中為兩個道威棱鏡的夾角，從而將完備指數分為組為等差序列的LG模式。在這種干涉儀架構下，Y.Zhou等人[PhysRevLett.119.263602(2017)]和X.Gu等人[PhysRevLett.120.103601(2018)]分別獨立研究出了基于古伊相位的作用于p指數的器件，將模式分成p為等差序列的組。但是該p分束器有一個缺點，即對p進行分束的同時也作用于參數，使得，p指數發生簡并。

2. 2010年G.C.G.Berkhout等人基于笛卡爾坐標和極坐標的變換關系，將螺旋相位轉變為橫向的相位梯度，從而發明了一種作用于指數的緊湊型分束器，并逐漸作為最優方案應用于高維光通訊領域。D.Fu等人[OptExpress.26.033057(2018)]和Y.Zhou等人[OptLett.43.005263(2018)]將該分束裝置與p分束器結合，展示了混用不同種類單指數高階橫向模式分束器時對雙指數高階橫向模式分束的效果。J.等人[Opt.Lett.42.000093(2017)]在理論上提出了一維聚焦的古伊相位體系也可以通過混用實現雙指數分束功能。最近，張沛等人[授權公告號：CN109633920B(2021)]發明了一系列基于HG模式的單指數分束器件，混用同種類單指數分束器件完美解決了傳統的等差數列型激光高階橫向模式分束問題。

但是傳統的分束器件的直接作用對象均為單一指數，只能通過復雜的組合來部分解決雙指數分束問題。而且單指數器件在解決雙指數分束問題時所組成的分束裝置往往存在閑置通道，造成系統資源的浪費和額外的噪聲干擾。目前尚無直接作用于雙指數且理論效率為百分之百的單一分束器件被提出。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種線性約束的激光橫向高階模式分束單元及系統，突破了單參數分束規則的限制，將單級次可完成的分束操作拓展至了兩個模式參數組成的態平面中。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種線性約束的激光橫向高階模式分束單元，包括光線分束器、反射鏡、兩個柱聚焦透鏡、兩個波片、偏振分束器和空間光調制器；