[发明专利]一种线性约束的激光横向高阶模式分束单元及系统

说明书

本发明公开了一种线性约束的激光横向高阶模式分束单元及系统，光线依次穿过其中一个波片、其中一个柱聚焦透镜和光线分束器，从光线分束器射出后经过空间光调制器回到光线分束器，再从光线分束器至反射镜反射至空间光调制器上，再回到反射镜上反射依次经过另一个柱聚焦透镜、光线分束器、另一个波片和偏振分束器，从偏振分束器中分成两束射出。空间光调制器接触光线的电控相列型液晶面板上并排设置有两片相位片，两片相位片的区域加载球面均为椭圆，光线经过空间光调制器的两次期间，分别通过两片相位片的区域加载球面波前调制。突破了单参数分束规则的限制，将单级次可完成的分束操作拓展至了两个模式参数组成的态平面中。

技术领域

本发明属于光学领域，涉及一种线性约束的激光横向高阶模式分束单元及系统。

背景技术

通常提及的激光高阶横向模式包括波动方程在笛卡尔坐标系下导出的厄米-高斯(HG)模式、在极坐标系下导出的拉盖尔-高斯(LG)模式以及二者的过渡态因斯-高斯(IG)模式。厄米-高斯模式具有两个特征参数n和m，分别对应笛卡尔坐标x和y，在光强上表现为x方向具有n+1个光斑，y方向具有m+1个光斑。拉盖尔-高斯模式的两个特征参数为和p，表现为角向的相位螺旋周期，p表现为径向上光强的明暗周期。

激光高阶横向模式分束器是一种按照激光高阶横向模式的指数将模式分离到不同的路径中，从而实现模式-路径耦合的装置。目前广泛使用的分束器有两种类型：

1. 2002年J.Leach等人[PhysRevLett.88.257901(2002)]提出用干涉仪的方法，结合道威棱镜引入依赖LG模式指数的相位差，其中为两个道威棱镜的夹角，从而将完备指数分为组为等差序列的LG模式。在这种干涉仪架构下，Y.Zhou等人[PhysRevLett.119.263602(2017)]和X.Gu等人[PhysRevLett.120.103601(2018)]分别独立研究出了基于古伊相位的作用于p指数的器件，将模式分成p为等差序列的组。但是该p分束器有一个缺点，即对p进行分束的同时也作用于参数，使得，p指数发生简并。

2. 2010年G.C.G.Berkhout等人基于笛卡尔坐标和极坐标的变换关系，将螺旋相位转变为横向的相位梯度，从而发明了一种作用于指数的紧凑型分束器，并逐渐作为最优方案应用于高维光通讯领域。D.Fu等人[OptExpress.26.033057(2018)]和Y.Zhou等人[OptLett.43.005263(2018)]将该分束装置与p分束器结合，展示了混用不同种类单指数高阶横向模式分束器时对双指数高阶横向模式分束的效果。J.等人[Opt.Lett.42.000093(2017)]在理论上提出了一维聚焦的古伊相位体系也可以通过混用实现双指数分束功能。最近，张沛等人[授权公告号：CN109633920B(2021)]发明了一系列基于HG模式的单指数分束器件，混用同种类单指数分束器件完美解决了传统的等差数列型激光高阶横向模式分束问题。

但是传统的分束器件的直接作用对象均为单一指数，只能通过复杂的组合来部分解决双指数分束问题。而且单指数器件在解决双指数分束问题时所组成的分束装置往往存在闲置通道，造成系统资源的浪费和额外的噪声干扰。目前尚无直接作用于双指数且理论效率为百分之百的单一分束器件被提出。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种线性约束的激光横向高阶模式分束单元及系统，突破了单参数分束规则的限制，将单级次可完成的分束操作拓展至了两个模式参数组成的态平面中。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种线性约束的激光横向高阶模式分束单元，包括光线分束器、反射镜、两个柱聚焦透镜、两个波片、偏振分束器和空间光调制器；