[发明专利]基于多重4F成像的高带宽复合声光调制方法

权利要求书

1.一种基于多重4F成像实现高带宽复合声光调制方法，其特征在于，利用4F透镜对N个相同频率驱动的声光调制器成像，从而将单声光调制过程分裂为N个相干过程，借助N声场强度和相位优化，获得单声光调制无法实现的高复合衍射效率，并对入射光角度Δθ、入射光波长Δλ、驱动声波频率Δf_S容错，使复合衍射优化能力随N逐步提高，从而对大幅度偏离布拉格条件下的入射光实现近100％效率的衍射调控；具体步骤如下：

(1)利用4F透镜组对N个几何尺寸相同的声光调制器成像；调制器记为AOM_j,j＝1，2，...，N，N个AOM_j简记为N-AOM系统；其中，每两个焦距为F的透镜将AOM_j的衍射和透射输出面成像到AOM_j+1的相应输出面，实现N个相同频率驱动下的声光调制器声场的精密成像及透射/衍射光的相干链接；调制器AOM_j声波驱动频率均为f_S，而声波强度A_j、驱动相位由射频信号编程控制；

(2)为借鉴原子物理和量子调控理论，对低驱动强度下的N-AOM系统做如下数学描述：

对于每个AOM_j，分别记其输入和输出光波前为|ε_j，in和|ε_j，out，于是有|ε_j+1，in＝|ε_j，out；另记初始输入光波前为|ε_in＝|ε_1，in,复合输出光场波前为|ε_out＝|ε_N，out；记AOM_j对波前衍射作用由声波强度A_j,驱动相位控制的透射矩阵为同时记无射频声波驱动下的透射矩阵为则4F成像下的N-AOM系统对波前变换的输入输出关系为：

通过降低AOM驱动强度A_j限制高阶衍射，记透射光束中0级及1级衍射光波前为C_a，C_b，平均波矢为k_a，k_b；与此对应，式(1)中的每个以及复合光学转换矩阵均由以为参数的2乘2矩阵刻画,进而有复合衍射效率

(3)运用数字相机记录输出光强度在透射和衍射光路中的分布，通过程序控制实时调节N-AOM组的参数：N个振幅，N-1个相对相位，基于式(1)优化N-AOM系统在特定需求下的衍射效率获得最佳复合衍射效率

(4)N-AOM多声光调制系统的衍射和透射光路完全共享所有光学元件，通过选择合适的短焦距F，以消像差透镜，控制透射和衍射光路相对位移不超过1毫米，保证系统拥有优异的被动相位稳定性，从而确保N-AOM系统在特定应用中通过对参数的自动调节实现对复合衍射效率的优化，并长时间保持该优化条件，实现高带宽高效衍射。

2.根据权利要求1所述的基于多重4F成像实现高带宽复合声光调制方法，其特征在于，步骤(3)中所述优化衍射效率获得最佳复合衍射效率具体为：

(3.1)对于波长λ的单色光准直入射，首先通过对入射角度θ的常规调节优化布拉格条件：k_a-k_b＝±k_S，其中k_a，k_b分别为透射光束与衍射光束波矢，k_S为声光调制器中声波波矢，对应失配波矢δk≡k_a-k_b±k_S满足|δk|＜＜π/L，L是晶体声场长度；通过驱动单个AOM，测出获取最优单AOM衍射效率R_j对应的最优声光调制强度然后同时驱动所有AOM，强度降为通过数字相机记录输出光强度在透射和衍射光路中的分布，并程序控制实时调节进一步优化获得N-AOM相干衍射极强；由于的弱驱动有效抑制了高阶衍射损失，可获得随N增大逐渐完美，单个AOM无法实现的高复合衍射效率