[发明专利]基于自适应并行坐标算法的多模光纤出射光斑聚焦方法与系统

权利要求书

1.一种基于自适应并行坐标算法的多模光纤出射光斑聚焦方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)在线散斑采集；

1.1)采用空间光调制器对耦合进多模光纤的入射光进行相位调制；

将空间光调制器划分为M个调制子区域，将其中一个调制子区域作为参考模态，其余M-1个调制子区域作为测试模态；其中S_m为预设的空间光调制器调制子区域的尺寸大小；S_all为能够耦合进多模光纤的空间光调制器像面的尺寸大小；

1.2)选取空间光调制器的参考模态区域并选通；

1.3)采集多模光纤出射端的无干涉散斑图像；

1.4)关闭空间光调制器的参考模态区域；

1.5)选通空间光调制器的第一个测试模态区域；

1.6)采集多模光纤出射端的无干涉散斑图像；

1.7)选通空间光调制器的参考模态区域；

1.8)采集多模光纤出射端的第一次干涉散斑图像；

1.9)调制空间光调制器参考模态的相位，使参考模态叠加π/2的相位；

1.10)采集多模光纤出射端的第二次干涉散斑图像；

1.11)判断是否扫描完所有M-1个测试模态，若否，关闭参考模态，选通下一个测试模态，返回步骤1.6)；若是，采集终止，共得到3(M-1)+1幅散斑图像，进入步骤2)；

步骤2)离线相位优化；

2.1)设定N个不同位置的聚焦光斑；N的取值上限是多模光纤出射散斑区域大小和一个聚焦光斑区域大小的比值，N的取值下限为2；聚焦光斑的位置设定在多模光纤出射端的散斑图像范围内；

2.2)选取第一个测试模态和参考模态分别对应的无干涉散斑图像、以及这两个模态的两次干涉散斑图像；

2.3)计算所有N个聚焦光斑在当前测试模态下的优化相位调制状态；

将参考模态无干涉散斑图像对应位置的总光强记为I_ref，测试模态无干涉散斑图像对应位置的总光强记为I_test，参考模态与测试模态第一次干涉散斑图像对应位置的总光强记为I₁，参考模态与测试模态第二次干涉散斑图像对应位置的总光强记为I₂，通过公式和解算出参考光和测试光的相位差δ，δ取值在(0,2π)之间；

2.4)判断是否计算完所有N个聚焦光斑在所有M-1个测试模态下的优化相位调制状态，若否，选取下一个测试模态和参考模态分别对应的无干涉散斑图像，以及这两个模态的两次干涉散斑图像，转入步骤2.3)；若是，算法终止，共获得N个聚焦光斑对应的空间光调制器所需的N个相位调制掩模；

2.5)将N个聚焦光斑对应的N个相位调制掩模逐个加载至空间光调制器上，对激光器输出的光束进行调制，实现多模光纤N个出射光斑逐点聚焦。

2.根据权利要求1所述的一种基于自适应并行坐标算法的多模光纤出射光斑聚焦方法，其特征在于：所述步骤1.1)中，调制子区域的大小为P*Q个空间光调制器像素，P和Q均为正整数。

3.根据权利要求1所述的一种基于自适应并行坐标算法的多模光纤出射光斑聚焦方法，其特征在于：所述步骤1.1)中，参考模态位于M个调制子区域的中心。

4.一种基于自适应并行坐标算法的多模光纤出射光斑快速聚焦系统，其特征在于：包括沿光路依次设置的激光器(1)、准直扩束模块(13)、空间光调制器(4)、4f系统(14)、聚焦物镜(8)、成像物镜(10)、CCD相机(11)；

准直扩束模块(13)用于对激光器(1)发射出的光束进行准直扩束后入射至空间光调制器(4)；

空间光调制器(4)用于对入射光进行相位调制；

4f系统(14)用于仅选通空间光调制器(4)反射的0级衍射光；

聚焦物镜(8)用于将所述0级衍射光聚焦到多模光纤(9)的前端面上；

成像物镜(10)用于将多模光纤(9)的后端面上的光斑成像到所述CCD相机(11)，被CCD相机(11)接收；

所述的一种基于自适应并行坐标算法的多模光纤出射光斑快速聚焦的系统还包括处理器(12)及储存器，储存器中存储计算机程序，所述计算机程序被处理器(12)运行时实现权利要求1至3任一所述方法的步骤。