[发明专利]一种计算成像同轴全息光纤模式分解方法及装置

权利要求书

1.一种计算成像同轴全息的光纤模式分解方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、使用光纤点衍射同轴全息装置获取参考光强度分布以及不同偏振方向下的光纤激光远场同步移相干涉图；

步骤2、对上述移相干涉图进行解调获得测试光纤激光在靶面位置的光强和相位分布，进而重构测试光纤激光在靶面位置的远场复振幅分布；

步骤3、根据计算成像理论，构建虚拟4f光路，将上述测试光纤激光在靶面位置的远场复振幅进行4f光路的虚拟传输，获取测试光纤端面虚拟共轭位置的复振幅分布，即测试光纤激光的近场复振幅分布；

步骤4、对测试光纤激光的近场复振幅分布进行模式分解，获取待测激光模场的组成；

步骤1中的光纤点衍射同轴全息装置包括激光器(1)、光纤耦合器(2)、光纤分光器(3)、测试光纤(5)、参考光纤(6)、偏振合束器件(7)、偏振移相组件(8)和两个相同的可调衰减器(4)；其中光纤耦合器(2)设置在激光器(1)的输出端，光纤耦合器(2)通过单模光纤与光纤分光器(3)输入端连接，光纤分光器(3)有两个输出端，每个输出端分别通过单模光纤与一个可调衰减器(4)连接，一个可调衰减器(4)的输出端接有测试光纤(5)，测试光纤(5)输出测试光，另一个可调衰减器(4)的输出端接有参考光纤(6)，参考光纤(6)输出参考光，测试光和参考光均入射至偏振合束器件(7)，分别经偏振合束器件(7)后形成偏振态互相正交的两束光，偏振态互相正交的两束光经偏振移相组件(8)后形成四幅移相的干涉光强分布；

偏振移相组件(8)包括沿光路依次设置的1/4波片(9)、微偏振阵列(10)、相机(11)；经偏振合束器件(7)后形成偏振态互相正交的两束光，经过1/4波片(9)形成不同旋向的圆偏光，再通过微偏振阵列(10)后形成四幅移相的干涉光强分布，并由相机(11)记录。

2.根据权利要求1所述的计算成像同轴全息的光纤模式分解方法，其特征在于：微偏振阵列(10)像元的透光轴方位角共有四种，分别为0°、45°、90°、135°。

3.根据权利要求1所述的计算成像同轴全息的光纤模式分解方法，其特征在于：步骤2中对移相干涉图进行解调获得测试光纤激光在靶面位置的光强和相位分布，进而重构测试光纤激光在靶面位置的远场复振幅分布，具体如下：

其中，I_t(x,y)为测试光的光强分布，I_r(x,y)为参考光的光强分布，为去球面相位后的测试光相位分布，I_k(x,y)为不同偏振方向下干涉图的光强分布，偏振片透光轴的方位角序数k＝1,2,3,4，k分别对应代表0°、45°、90°、135°透光轴方位角。

4.根据权利要求1所述的计算成像同轴全息的光纤模式分解方法，其特征在于：步骤3所述的虚拟4f光路中第一虚拟透镜位置设置于相机(11)靶面位置，即第一虚拟透镜焦距f₁设置为测试光纤(5)输出端面到相机(11)靶面的等效光程，第二虚拟透镜焦距f₂根据所需放大倍率进行设置。

5.根据权利要求1所述的计算成像同轴全息的光纤模式分解方法，其特征在于，步骤3中虚拟传输的计算公式如下：

其中，为测试光纤(5)端面虚拟共轭位置的复振幅分布，表示傅里叶逆变换，表示傅里叶变换，为相机(11)靶面位置的复振幅分布，G(F_X,F_Y)为虚拟4f光路的传递函数；H[F_X,F_Y,z]为角谱传递函数，F_X、F_Y均为空间频率，z表示传播距离，在式中z为f₂或(f₁+f₂)，f₁表示第一虚拟透镜焦距，f₂表示第二虚拟透镜焦距，λ表示波长，i为虚数单位。