[發(fā)明專利]一種利用強(qiáng)散射介質(zhì)進(jìn)行激光抗振動(dòng)聚焦裝置及使用方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310193030.8
• 申請(qǐng)日: 2023-03-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116068784A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃峰;彭霏;劉宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G02B27/42
• 分類(lèi)號(hào): G02B27/42;G02B27/44;G02B27/09;G02B27/40
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊;薛金才

本發(fā)明提供了一種利用強(qiáng)散射介質(zhì)進(jìn)行激光抗振動(dòng)聚焦裝置及使用方法，依次包括激光器、反射式旋轉(zhuǎn)衰減片、第一可調(diào)圓形光闌、激光擴(kuò)束器、第二可調(diào)圓形光闌、半波片、立方體偏振分束器、空間光調(diào)制器、第一透鏡、第三可調(diào)圓形光闌、第二透鏡、第一物鏡、散射介質(zhì)、第二物鏡、COMS光電探測(cè)器；應(yīng)用本技術(shù)方案可實(shí)現(xiàn)利用散射介質(zhì)相鄰入射光通道之間的強(qiáng)相關(guān)性，抵消振動(dòng)導(dǎo)致的入射光相位平移過(guò)程中的焦點(diǎn)位置變化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光聚焦技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種利用強(qiáng)散射介質(zhì)進(jìn)行激光抗振動(dòng)聚焦裝置及使用方法。

背景技術(shù)

激光聚焦在工藝加工、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、大氣光學(xué)等領(lǐng)域都有著重要的作用。如激光切割、激光焊接、共聚焦顯微成像、激光導(dǎo)星技術(shù)等都需要聚焦。傳統(tǒng)的激光聚焦光路由激光源、透鏡等光學(xué)元件組成。光路對(duì)振動(dòng)非常敏感，往往光源發(fā)生很小的位移或旋轉(zhuǎn)，焦點(diǎn)也會(huì)隨之移動(dòng)甚至不復(fù)存在，所以傳統(tǒng)激光聚焦光路的穩(wěn)定性和抗振性較差。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種利用強(qiáng)散射介質(zhì)進(jìn)行激光抗振動(dòng)聚焦裝置及使用方法，該裝置和方法能夠在光源或系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)，利用散射介質(zhì)相鄰入射光通道之間的強(qiáng)相關(guān)性，抵消振動(dòng)導(dǎo)致的入射光相位平移過(guò)程中的焦點(diǎn)位置變化。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種利用強(qiáng)散射介質(zhì)進(jìn)行激光抗振動(dòng)聚焦裝置，依次包括激光器、反射式旋轉(zhuǎn)衰減片、第一可調(diào)圓形光闌、激光擴(kuò)束器、第二可調(diào)圓形光闌、半波片、立方體偏振分束器、空間光調(diào)制器、第一透鏡、第三可調(diào)圓形光闌、第二透鏡、第一物鏡、散射介質(zhì)、第二物鏡、COMS光電探測(cè)器；

所述激光器作為光源發(fā)射激光，經(jīng)過(guò)反射式旋轉(zhuǎn)衰減片和第一可調(diào)圓形光闌后將激光整形為圓形光斑；隨后經(jīng)過(guò)激光擴(kuò)束器實(shí)現(xiàn)入射光的準(zhǔn)直和擴(kuò)束；擴(kuò)束后的激光經(jīng)過(guò)第二可調(diào)圓形光闌、半波片、立方體偏振分束器后，以水平偏振狀態(tài)入射到空間光調(diào)制器的調(diào)制平面上；調(diào)制后的入射光經(jīng)過(guò)第一透鏡、第三可調(diào)圓形光闌、第二透鏡組成的4f濾波系統(tǒng)，由第一物鏡收集聚焦到散射介質(zhì)前表面上；經(jīng)過(guò)散射介質(zhì)作用后的出射光由第二物鏡收集，最后被COMS光電探測(cè)器接收并記錄光強(qiáng)信息。

本發(fā)明還提供了一種利用強(qiáng)散射介質(zhì)進(jìn)行激光抗振動(dòng)聚焦裝置的使用方法，采用了上述的一種利用強(qiáng)散射介質(zhì)進(jìn)行激光抗振動(dòng)聚焦裝置，包括以下步驟：

步驟S1：打開(kāi)激光器和空間光調(diào)制器，在空間光調(diào)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(shí)該光路作為后續(xù)傳輸矩陣測(cè)量和聚焦光路；

步驟S2；在空間光調(diào)制器上加載不同輸入光對(duì)應(yīng)的相位灰度圖，使用四步相移法調(diào)制輸入光的相位，并通過(guò)COMS光電探測(cè)器采集各個(gè)相移下的輸出散斑圖；

步驟S3；將采集的散斑圖轉(zhuǎn)換為矩陣數(shù)據(jù)，并帶入計(jì)算公式，即可得到被測(cè)散射介質(zhì)的傳輸矩陣；

步驟S4；使用相位共軛方法計(jì)算得到相位掩膜，加載到空間光調(diào)制器上實(shí)現(xiàn)在指定位置的抗振動(dòng)聚焦。

在一較佳的實(shí)施例中，所述步驟2具體包括在搭建光路的時(shí)候打開(kāi)空間光調(diào)制器，在調(diào)制表面加載相位矯正圖，實(shí)現(xiàn)相位矯正以精準(zhǔn)調(diào)制入射光；同時(shí)，在調(diào)制表面加載閃耀光柵灰度圖，將沒(méi)有調(diào)制的零級(jí)衍射光分離出來(lái)，再通過(guò)4f濾波系統(tǒng)對(duì)調(diào)制過(guò)的一級(jí)衍射光進(jìn)行選擇和濾波。

在一較佳的實(shí)施例中，步驟3具體包括將空間光調(diào)制器劃分為N個(gè)超像素，每個(gè)超像素由6*6個(gè)小像素組成，并作為散射介質(zhì)測(cè)量系統(tǒng)的輸入自由模式；將輸入光以哈達(dá)瑪基形式入射，對(duì)第n個(gè)輸入光波當(dāng)其相位改變?chǔ)習(xí)r，根據(jù)光的干涉疊加原理，第m個(gè)出射通道上的光強(qiáng)為：