[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

说明书

为解决现有的多模光纤出射光斑聚焦方法在多模光纤出射端不能快速形成批量聚焦光斑的问题，本发明提供了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方法与系统。方法包括在线散斑采集和离线相位优化；在线散斑采集对空间光调制器的每个调制子区域，在其处于选通状态时，分别采集多模光纤出射端无干涉散斑图像及其与参考子区域处于选通状态时的干涉散斑图像，遍历扫描所有M个调制子区域，获得3(M‑1)+1幅散斑图像。离线相位优化对预设的N个聚焦光斑，使用3(M‑1)+1幅散斑图像上对应聚焦位置的强度信息，依次计算所有聚焦光斑对应的每个测试模态的相位调制状态，组成相位调制掩模，逐个加载在空间光调制器上，实现多模光纤N个出射光斑逐点聚焦。

技术领域

本发明属于新型光学成像与光场调控技术领域，特别涉及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方法与系统。

背景技术

多模光纤具有多个导波模式，可以并行进行信息传输，实现区域内成像。近年来，多模光纤成像方法成为了研究热点。但多模光纤的入射光以不同导波模式传播时，模式色散和模间耦合导致模式间的能量交换，扰乱了入射光场的时间和空间信息，产生信号串扰，使得多模光纤的输出为一系列的散斑，阻碍了多模光纤在数字信号和图像信号传输方面的应用。

目前多模光纤成像方法主要分为光场传输矩阵法和聚焦光斑扫描法，其中，光场传输矩阵法需要预先测量光场传输矩阵，计算量非常大，且光纤的弯曲会影响光场传输矩阵测量的准确性，实验系统的灵活性和稳定性都有待提高。聚焦光斑扫描法无需测量光场传输矩阵，光路简单，系统稳定性好，但要在多模光纤末端先形成聚焦光斑，使用聚焦光斑作为采样光斑，扫描被测物体成像，光斑数目通常达到几百甚至上千，为了使扫描速度更快，光斑聚焦速度必须更快。

现有的多模光纤出射光斑聚焦方法包括基于数字相位共轭的聚焦方法和基于波前调制形成聚焦光斑的方法，其中，基于数字相位共轭的聚焦方法通过测量点光源经多模光纤传播后的散射光场，对该散射光场进行复共轭运算后，根据光路可逆原理，可在原点光源的位置形成聚焦。这一方法无需测量光场传输矩阵，没有迭代过程，但光学元件的位置对共轭相位影响较大，实验系统受环境噪声影响也较大。基于波前调制形成聚焦光斑的方法是通过动态衍射光学元件对入射光的波前进行调制，使得光通过多模光纤传输后可以在光纤出射端形成聚焦光斑，无需测量光场传输矩阵，光路简单，系统稳定性较好。但是，这种多模光纤出射光斑聚焦方法都需要多次迭代、反复访问外部设备、计算量大，形成批量聚焦光斑所需时间较长。

发明内容

为解决现有的多模光纤出射光斑聚焦方法在多模光纤出射端不能快速有效形成批量聚焦光斑的技术问题，本发明提供了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方法与系统。

本发明的技术方案如下：

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方法，其特殊之处在于，包括步骤：

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；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；所述空间光调制器为可对入射光具有相位调制作用的器件；

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)选取空间光调制器的第一个测试模态区域并选通；

1.6)采集多模光纤出射端的无干涉散斑图像；