[發明專利]一種利用強散射介質進行激光抗振動聚焦裝置及使用方法

在審

• 申請號: 202310193030.8
• 申請日: 2023-03-03
• 公開（公告）號: CN116068784A
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 黃峰;彭霏;劉宇
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G02B27/42
• 分類號: G02B27/42;G02B27/44;G02B27/09;G02B27/40
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;薛金才

1.一種利用強散射介質進行激光抗振動聚焦裝置，其特征在于，依次包括激光器、反射式旋轉衰減片、第一可調圓形光闌、激光擴束器、第二可調圓形光闌、半波片、立方體偏振分束器、空間光調制器、第一透鏡、第三可調圓形光闌、第二透鏡、第一物鏡、散射介質、第二物鏡、COMS光電探測器；

所述激光器作為光源發射激光，經過反射式旋轉衰減片和第一可調圓形光闌后將激光整形為圓形光斑；隨后經過激光擴束器實現入射光的準直和擴束；擴束后的激光經過第二可調圓形光闌、半波片、立方體偏振分束器后，以水平偏振狀態入射到空間光調制器的調制平面上；調制后的入射光經過第一透鏡、第三可調圓形光闌、第二透鏡組成的4f濾波系統，由第一物鏡收集聚焦到散射介質前表面上；經過散射介質作用后的出射光由第二物鏡收集，最后被COMS光電探測器接收并記錄光強信息。

2.一種利用強散射介質進行激光抗振動聚焦裝置的使用方法，其特征在于采用了上述權利要求1所述的一種利用強散射介質進行激光抗振動聚焦裝置，包括以下步驟：

步驟S1：打開激光器和空間光調制器，在空間光調制器上加載相位矯正圖和閃耀光柵灰度圖，搭建抗振光路，同時該光路作為后續傳輸矩陣測量和聚焦光路；

步驟S2；在空間光調制器上加載不同輸入光對應的相位灰度圖，使用四步相移法調制輸入光的相位，并通過COMS光電探測器采集各個相移下的輸出散斑圖；

步驟S3；將采集的散斑圖轉換為矩陣數據，并帶入計算公式，即可得到被測散射介質的傳輸矩陣；

步驟S4；使用相位共軛方法計算得到相位掩膜，加載到空間光調制器上實現在指定位置的抗振動聚焦。

3.根據權利要求2所述的一種利用強散射介質進行激光抗振動聚焦裝置的使用方法，其特征在于，所述步驟2具體包括在搭建光路的時候打開空間光調制器，在調制表面加載相位矯正圖，實現相位矯正以精準調制入射光；同時，在調制表面加載閃耀光柵灰度圖，將沒有調制的零級衍射光分離出來，再通過4f濾波系統對調制過的一級衍射光進行選擇和濾波。

4.根據權利要求2所述的一種利用強散射介質進行激光抗振動聚焦裝置的使用方法，其特征在于，步驟3具體包括將空間光調制器劃分為N個超像素，每個超像素由6*6個小像素組成，并作為散射介質測量系統的輸入自由模式；將輸入光以哈達瑪基形式入射，對第n個輸入光波當其相位改變α時，根據光的干涉疊加原理，第m個出射通道上的光強為：

公式中，S_m代表參考光經介質散射后在COMS光電探測器第m個輸出通道產生的光場的復振幅，為S_m共軛轉置，Re(.)代表取實部；當α分別取0，π/2、π、3π/2時，第m個輸出通道上的光強分布分別為與待測散射介質的傳輸矩陣實部成正比，與待測散射介質的傳輸矩陣虛部成正比，因此，第m個輸出通道下強度與矩陣元素k_mn的關系為：

對特定的輸出通道，是一個恒定的值，即看成已知的，而不同相位角α下的光強由COMS光電探測器直接測得，將采集的數據帶入公式，即可測得散射介質的傳輸矩陣元素k_mn；

重復上述步驟，改變輸入自由模式從1到N，并對每一個輸入自由模都進行四步相移，采集對應輸出光強，帶入公式后計算出所有k_mn，即得到整個樣品的復數傳輸矩陣。

5.根據權利要求2所述的一種利用強散射介質進行激光抗振動聚焦裝置的使用方法，其特征在于，步驟4具體包括使用相位共軛方法計算得到相位掩膜：假設需要的輸出光場為計算出測量得到的復傳輸矩陣的復共軛矩陣T^H，則所需輸入光場為：將計算結果轉換為灰度相位掩膜加載到空間光調制器上，即實現在指定位置的聚焦。