[发明专利]基于GS相位恢复与轨道角动量调制的光子外差探测方法

说明书

基于GS相位恢复与轨道角动量调制的光子外差探测方法，属于激光多普勒测速领域。本发明针对光子外差探测系统由于激光相位畸变及背景光干扰影响测速精度的问题。包括将激光器发出的激光分为信号光与本振光；信号光经螺旋相位板和声光调制器调制获得涡旋光束入射至探测目标；探测目标的信号反射光束在空间光调制器内进行相位恢复得到修正后信号光；螺旋相位板将信号涡旋光束解调为信号高斯光束，将高斯模式背景光转换为高阶模式环状光斑；利用去噪板滤除高阶模式环状光斑保留信号高斯光束，再与本振光进行相干叠加，叠加后光束被GM‑APD光子计数器探测得到时域信号，进行傅里叶变换得到差频信号，计算获得探测目标的运动速度。本发明可以提升测速精度。

技术领域

本发明涉及基于GS相位恢复与轨道角动量调制的光子外差探测方法，属于激光多普勒测速领域。

背景技术

在激光远距离主动测速技术中，光子外差系统由于在接收端采用光子计数的方式，使得探测系统的响应灵敏度得到极大提升。而激光在大气湍流中传输产生的较大的相位畸变，又使得最终光子外差探测系统的测速精度下降。同时，背景光以及干扰光也会对测量系统造成较大的影响。

发明内容

针对现有光子外差探测系统由于激光相位畸变及背景光干扰而影响测速精度的问题，本发明提供一种基于GS相位恢复与轨道角动量调制的光子外差探测方法。

本发明的一种基于GS相位恢复与轨道角动量调制的光子外差探测方法，包括，

将激光器发出的激光分为信号光与本振光；

其中信号光经一号螺旋相位板和声光调制器调制后，获得涡旋光束入射至探测目标；探测目标的信号反射光束在空间光调制器内，采用经过GS相位恢复算法获得的矫正相位屏进行相位恢复，得到修正后信号光；所述修正后信号光包括信号涡旋光束和高斯模式背景光；二号螺旋相位板将信号涡旋光束解调为信号高斯光束，将高斯模式背景光转换为高阶模式环状光斑；利用去噪板滤除高阶模式环状光斑保留信号高斯光束，再将信号高斯光束与所述本振光进行相干叠加，叠加后光束被GM-APD光子计数器探测得到时域信号，对时域信号进行傅里叶变换得到差频信号，计算获得探测目标的运动速度。

根据本发明的基于GS相位恢复与轨道角动量调制的光子外差探测方法，所述二号螺旋相位板输出的信号光束采用单模光纤收集后，再传递至去噪板。

根据本发明的基于GS相位恢复与轨道角动量调制的光子外差探测方法，所述探测目标的信号反射光束经分束器透射和反射分为两路，其中反射光束经CCD探测器转换为电信号，采用GS相位恢复算法对所述电信号进行计算获得矫正相位屏；透射光束在空间光调制器内，采用所述矫正相位屏进行相位恢复，得到修正后信号光。

根据本发明的基于GS相位恢复与轨道角动量调制的光子外差探测方法，由GS相位恢复算法获得矫正相位屏的过程包括：

将入射至探测目标前涡旋光束的信号光斑复振幅E₀作为初始时刻的涡旋输入光场，螺旋相位φ₀作为初始相位，则入射至探测目标前涡旋光束的光场u₀为：

对光场u₀做菲涅尔衍射传输，得到光场的波数域幅度分布图A(k_x,k_y)和相位分布图Φ(k_x,k_y)，其中k_x为波数域的横坐标位置，k_y为波数域的纵坐标位置；

CCD探测器输出电信号中涡旋光束已发生畸变，将畸变后涡旋光束的复振幅E₁替换为A(k_x,k_y)，得到新的光场复振幅E₁exp(iA(k_x,k_y))；