[发明专利]一种利用强散射介质进行激光抗振动聚焦装置及使用方法

权利要求书

1.一种利用强散射介质进行激光抗振动聚焦装置，其特征在于，依次包括激光器、反射式旋转衰减片、第一可调圆形光阑、激光扩束器、第二可调圆形光阑、半波片、立方体偏振分束器、空间光调制器、第一透镜、第三可调圆形光阑、第二透镜、第一物镜、散射介质、第二物镜、COMS光电探测器；

所述激光器作为光源发射激光，经过反射式旋转衰减片和第一可调圆形光阑后将激光整形为圆形光斑；随后经过激光扩束器实现入射光的准直和扩束；扩束后的激光经过第二可调圆形光阑、半波片、立方体偏振分束器后，以水平偏振状态入射到空间光调制器的调制平面上；调制后的入射光经过第一透镜、第三可调圆形光阑、第二透镜组成的4f滤波系统，由第一物镜收集聚焦到散射介质前表面上；经过散射介质作用后的出射光由第二物镜收集，最后被COMS光电探测器接收并记录光强信息。

2.一种利用强散射介质进行激光抗振动聚焦装置的使用方法，其特征在于采用了上述权利要求1所述的一种利用强散射介质进行激光抗振动聚焦装置，包括以下步骤：

步骤S1：打开激光器和空间光调制器，在空间光调制器上加载相位矫正图和闪耀光栅灰度图，搭建抗振光路，同时该光路作为后续传输矩阵测量和聚焦光路；

步骤S2；在空间光调制器上加载不同输入光对应的相位灰度图，使用四步相移法调制输入光的相位，并通过COMS光电探测器采集各个相移下的输出散斑图；

步骤S3；将采集的散斑图转换为矩阵数据，并带入计算公式，即可得到被测散射介质的传输矩阵；

步骤S4；使用相位共轭方法计算得到相位掩膜，加载到空间光调制器上实现在指定位置的抗振动聚焦。

3.根据权利要求2所述的一种利用强散射介质进行激光抗振动聚焦装置的使用方法，其特征在于，所述步骤2具体包括在搭建光路的时候打开空间光调制器，在调制表面加载相位矫正图，实现相位矫正以精准调制入射光；同时，在调制表面加载闪耀光栅灰度图，将没有调制的零级衍射光分离出来，再通过4f滤波系统对调制过的一级衍射光进行选择和滤波。

4.根据权利要求2所述的一种利用强散射介质进行激光抗振动聚焦装置的使用方法，其特征在于，步骤3具体包括将空间光调制器划分为N个超像素，每个超像素由6*6个小像素组成，并作为散射介质测量系统的输入自由模式；将输入光以哈达玛基形式入射，对第n个输入光波当其相位改变α时，根据光的干涉叠加原理，第m个出射通道上的光强为：

公式中，S_m代表参考光经介质散射后在COMS光电探测器第m个输出通道产生的光场的复振幅，为S_m共轭转置，Re(.)代表取实部；当α分别取0，π/2、π、3π/2时，第m个输出通道上的光强分布分别为与待测散射介质的传输矩阵实部成正比，与待测散射介质的传输矩阵虚部成正比，因此，第m个输出通道下强度与矩阵元素k_mn的关系为：

对特定的输出通道，是一个恒定的值，即看成已知的，而不同相位角α下的光强由COMS光电探测器直接测得，将采集的数据带入公式，即可测得散射介质的传输矩阵元素k_mn；

重复上述步骤，改变输入自由模式从1到N，并对每一个输入自由模都进行四步相移，采集对应输出光强，带入公式后计算出所有k_mn，即得到整个样品的复数传输矩阵。

5.根据权利要求2所述的一种利用强散射介质进行激光抗振动聚焦装置的使用方法，其特征在于，步骤4具体包括使用相位共轭方法计算得到相位掩膜：假设需要的输出光场为计算出测量得到的复传输矩阵的复共轭矩阵T^H，则所需输入光场为：将计算结果转换为灰度相位掩膜加载到空间光调制器上，即实现在指定位置的聚焦。