[发明专利]基于双振幅型衍射元件的强激光艾里光束调制方法及装置

说明书

本发明公开了基于双振幅型衍射元件的强激光艾里光束调制方法，包括设计强激光艾里光束调制光路步骤，设计振幅型衍射元件步骤，制作振幅型衍射元件步骤，调节光路步骤。利用双(两个)振幅型衍射元件对强激光进行相位调制，在远处目标光场获得艾里光斑，首先设计强激光艾里光束调制光路，再根据已知的目标光场设计满足设计要求的振幅型衍射元件，制作振幅型衍射元件，调节好包括激光器、透镜组、振幅型衍射元件和扩束镜的光路，让激光器出射激光，最后在目标光场形成聚焦艾里光斑，克服了现有的强激光艾里光束调制技术利用空间光调制器，调制功率低的缺点。

技术领域

本发明涉及强激光艾里光束调制领域，具体地是基于双振幅型衍射元件的强激光艾里光束调制方法及装置。

背景技术

艾里光束具有自弯曲传输、无衍射、以及自愈等特点，自由加速，指艾里光束在自由空间传输过程中其弯曲传输的轨迹类似于在重力场的作用下物体抛射时产生的自由加速轨迹；无衍射，是指在传播过程中光场强度分布的形状近似保持不变；自愈，指的是艾里光束在自由空间里传播的过程中，若将艾里光束的部分光斑挡住，在经过一段传输距离后，其光强分布的形状会逐渐恢复到被遮挡前的形状。艾里光束这些独特的光学性质，使其在众多领域都具有很大的应用潜力。艾里光束在远场形成艾里光斑。目前现有的强激光艾里光束的调制技术完全依赖调制器件，通常是利用空间光调制器，其具有调制功率低的明显缺点。

发明内容

本发明为克服现有的强激光艾里光束调制技术调制功率低的缺点，利用双振幅型衍射元件对强激光进行相位调制，在远处目标光场获得艾里光斑，提供基于双振幅型衍射元件的强激光艾里光束调制方法，包括如下步骤，

设计强激光艾里光束调制光路步骤：激光器出射激光经过透镜组扩束后，通过双振幅型衍射元件，再经过扩束镜在目标光场形成聚焦艾里光斑。

设计振幅型衍射元件步骤：根据已知的目标光场设计满足设计要求的振幅型衍射元件；

制作振幅型衍射元件步骤：制作满足设计要求的振幅型衍射元件；

调节光路步骤：根据已设计的强激光艾里光束调制光路，用激光器、透镜组、双振幅型衍射元件和扩束镜调节好光路，并让激光器出射激光经过透镜组扩束后，通过双振幅型衍射元件，再经过扩束镜在目标光场形成聚焦艾里光束。

具体地，所述设计振幅型衍射元件步骤中，根据已知的目标光场设计振幅型衍射元件，设计原则是激光器出射激光经过透镜组扩束后，再通过双振幅型衍射元件对入射光场进行相位调制转变成艾里光束。

具体地，所述根据已知的目标光场设计振幅型衍射元件，具体步骤为：

首先根据已知的目标光场数学描述，计算该光场波前传播至振幅型衍射元件平面时的复数光场分布，即振幅型衍射元件平面处的U(x，y)＝O₀(x，y)e^iφ(x，y)，该计算结果可以用离散点的数值表达方式表示；

再者，光场波前从物体传播至振幅型衍射元件平面处这一过程，可用Fresnel衍射积分公式来进行描述：

其中，U_obj(ξ，η)为已知的目标光场的数学描述，z为传播距离；

其次，振幅型衍射元件平面处的相位函数可以采用光线追迹方法获得，其相位函数φ(x，y)，过振幅型衍射元件平面上任意一点K(x，y)的光线KA均可表示成一自由曲面的法线，其中点A为该法线与对应自由曲面的交点，点K的相位可以通过光线追迹表达为光线KA的光程与对应自由曲面轴上参考光线K₀A₀光程导致的相位差为：