[发明专利]一种基于相位恢复的光纤激光模式分解方法及其实现装置

权利要求书

1.一种基于相位恢复的光纤激光模式分解方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1、使用单模激光标定模式分解装置，进而调节模式分解装置中光学元件的相对位置，转入步骤2；

步骤2、更换模式分解装置中的光纤激光器，实现少模激光输出，通过上述模式分解装置采集模式分解所需的少模光斑，转入步骤3；

步骤3、运用多位置光斑的GS迭代算法，恢复多模光斑的相位，获得多模光斑的复振幅；

其中，多位置光斑的GS迭代算法，具体如下：

利用光轴不同的3个位置的光斑，通过不断的进行正反光场传输，更新相位信息，直到达到预设的精度或迭代次数为止，从而恢复上述少模光斑的相位，获得多模光斑的复振幅；

转入步骤4；

步骤4、对复振幅采用相关投影算法进行模式分解，将模式分解结果作为随机并行梯度下降算法的初值，进行优化。

2.根据权利要求1所述的基于相位恢复的光纤激光模式分解方法，其特征在于：步骤1中，所述模式分解装置包括光纤激光器(1)、光学放大系统(3)、功率衰减和光斑采集系统(8)和计算机(13)，沿光路依次设置光纤激光器(1)、待测光纤(2)、光学放大系统(3)、功率衰减和光斑采集系统(8)，功率衰减和光斑采集系统(8)和计算机(13)连接；

计算待测光纤(2)在LP₀₁模的截止波长，选用中心波长高于截止波长的光纤激光器(1)，光纤激光器(1)发出的激光通过待测光纤(2)后只射出线偏振LP₀₁模的激光，该线偏振LP₀₁模的激光送入光学放大系统(3)进行放大，放大后的激光再进入功率衰减和光斑采集系统(8)，实现光斑衰减及采集，将采集到的光斑强度分布送入计算机(13)进行分析计算；

若采集到的光斑强度分布不服从LP₀₁模，则表明光学放大系统(3)的内部光学元件相对位置有偏差，调节光学放大系统(3)中部分光学器件的空间三维位置，使得功率衰减和光斑采集系统(8)读取的光斑强度分布经分析服从标准LP₀₁模激光强度分布，即x、y方向束腰位置相同且束腰半径相同，光束质量因子M²趋近于1。

3.根据权利要求1所述的基于相位恢复的光纤激光模式分解方法，其特征在于：步骤2中，更换光纤激光器(1)，要求更换后的光纤激光器(1)波长低于多个模式的截止波长，从而使得从待测光纤(2)出来的是少模激光，经过光学放大系统(3)传输后，用功率衰减和光斑采集系统(8)能够得到少模激光的光斑强度图，由于功率衰减和光斑采集系统(8)中的反射镜是能够沿着光轴移动的，因此通过同步移动功率衰减和光斑采集系统(8)中的反射镜来采集光轴上各点的光斑图。

4.根据权利要求1所述的基于相位恢复的光纤激光模式分解方法，其特征在于：步骤3中，多位置光斑的GS迭代算法利用光场传输是可逆的，在光轴不同位置处的光斑图之间反复迭代，并且在每一次迭代用一定的约束。

5.根据权利要求1所述的基于相位恢复的光纤激光模式分解方法，其特征在于，步骤4中，相关投影算法是将光斑的复振幅与各模式理想单模正交分量做复振幅相关度运算，公式为：

其中c_j为投影系数，E_mes为待测光斑复振幅，E_LPj为各模式理想单模正交分量；最终经解算c_j得到各模式占比及其相位信息，(x，y)表示坐标。

6.根据权利要求1所述的基于相位恢复的光纤激光模式分解方法，其特征在于：步骤4中，随机并行梯度下降算法，其基本思想是通过对性能评价函数的所有变量同时施加统计无关的随机微扰，然后根据微扰的大小和性能评价函数的变化量来不断更新所有变量，当性能评价函数达到预设的精度或迭代次数为止，最终性能评价函数所对应的模式系数和各模式相位即模式分解结果。