[发明专利]倾斜可控相干光纤激光阵列产生涡旋光束的方法

说明书

倾斜可控相干光纤激光阵列产生涡旋光束的系统及方法，包括子光束产生单元、相位调制器、级联光纤放大器、自适应光纤准直器阵列、采集单元、活塞相位控制器和倾斜量控制器，活塞相位控制器提取活塞相位控制量，并将对应的活塞相位控制电压施加到各路子激光对应的相位调制器上；倾斜量控制器提取倾斜控制量，并将对应的倾斜控制电压施加到各路子激光对应的自适应光纤准直器上，通过调节各路子激光的活塞相位和倾斜角，使系统的输出涡旋光束。本发明通过引入倾斜波前控制可以在发射面提升阵列光束与预期产生理想涡旋光束光场分布的相似程度，从而可以提升远场合成光束的效果，并拓展基于相干光纤激光阵列的光场调控能力。

技术领域

本发明属于光纤激光相干合成技术领域，具体地涉及一种倾斜可控相干光纤激光阵列产生涡旋光束的系统及方法。

背景技术

光纤激光相干合成可以在提升激光输出总功率的同时保持良好的光束质量，是获得高亮度激光的重要方法之一，在医疗卫生、工业加工、科学研究和国防安全等领域具有广阔的应用前景，是当前激光技术领域的研究热点与难点。

近年来，随着激光技术的迅速发展，对激光空间结构的调控引起了国内外研究人员的广泛兴趣。对激光光场的振幅、相位及偏振态的空间结构进行调控，可以产生光学参量具有特殊空间分布的结构光场，如涡旋光束、柱矢量光束、无衍射光束等。其中，对相位结构具有空间分布的涡旋光束的深入研究揭示了新颖的物理效应和现象，并使空间光通信、光学微操纵、超分辨率成像和激光工业加工等许多应用领域得到了发展。对于远距离空间光通信、非线性频率转换、激光烧蚀与材料加工等领域，不仅需要采用涡旋光束，对涡旋光束的功率和模式切换速度也提出了更高的要求，而光纤激光阵列相干合成为产生实际应用中所需要的高功率、模式可切换涡旋光束提供了一种有效的技术途径。

光纤激光阵列相干合成产生涡旋光束的基本思路为：对光纤激光阵列中单元光束的振幅、相位和偏振态进行控制，在发射面用空间分布的多个单元光束和预期产生理想涡旋光束的近场光场分布进行拟合，各单元光束在传输过程中相互干涉，从而在远场产生与预期涡旋光束高度相似的合成光束。

目前光纤激光阵列相干合成产生涡旋光束技术中，通常只对光纤激光阵列中单元光束的活塞相位进行控制，因此限制了在近场与预期涡旋光束波前的相似程度，在一定程度会影响远场合成光束的效果。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种倾斜可控相干光纤激光阵列产生涡旋光束的系统及方法。本发明通过引入倾斜波前控制可以在发射面提升阵列光束与预期产生理想涡旋光束光场分布的相似程度，从而可以提升远场合成光束的效果，并拓展基于相干光纤激光阵列的光场调控能力。

为实现上述技术目的，本发明采用的具体技术方案如下：

倾斜可控相干光纤激光阵列的涡旋光束产生方法，包括：

设待生成的涡旋光束呈圆环形阵列排布，其包含m个圆环形子阵列，每个圆环形子阵列上的单元光束沿角向均匀排布，m个圆环形子阵列中所有的单元光束的总数目为n束，N_j为第j个圆环形子阵列包含的单元光束数目， j＝1,2,3,…m，N₁为第一环也即最内一环的圆环形子阵列包含的单元光束数目， N₁为6的倍数，则最外环的圆环形子阵列包含的单元光束数目N_m＝N₁+6(j-1)；第j个圆环形子阵列上的各单元光束中心与涡旋光束的中心的间距均为r_j。

搭建倾斜可控相干光纤激光阵列的涡旋光束产生系统，生成涡旋光束。