[发明专利]基于轨道角动量分布补偿的阵列涡旋光量子调控发射方法及系统

说明书

基于轨道角动量分布补偿的阵列涡旋光量子调控发射方法及系统，属于激光雷达技术领域，本发明为解决现有阵列涡旋光束在复杂环境下成像精度低的问题。本发明方法包括：S1、利用分束器按预设阵列分布形状将入射激光传输至空间光调制器屏上，并在空间光调制器加载预设位相全息图，获取具有不同轨道角动量分布的阵列涡旋光束；S2、阵列涡旋光束经过模拟大气湍流得到畸变阵列涡旋光束，根据原始的阵列涡旋光束的光强分布和畸变阵列涡旋光束的光强分布、采用相位恢复算法获取阵列式补偿相位分布；S3、将步骤S2获取的阵列式补偿相位分布加载至补偿相位屏中，实现对畸变阵列涡旋光束的校正，并发射至目标进行成像。本发明用于降低子光束之间的串扰。

技术领域

本发明涉及一种采用补偿方法来降低各个子光束之间的串扰提高抗复杂环境的能力的最子调控技术，属于激光雷达技术领域。

背景技术

阵列涡旋光束成像是一种新型的成像体制，它结合了阵列激光和涡旋光束两大技术，这使得它既拥有阵列激光超快的成像性能，能极大提高成像效率，还由于涡旋光束是一种具有螺旋形波前的环形光束，每个光子携带有轨道角动量，阵列涡旋光束同样拥有了轨道角动量这一维度。但是在较高的复杂环境下大气湍流随机扰动，使得空间中的折射率随机变化，使阵列涡旋光束成像受到大气复杂环境的影响，出现光束展宽、各个子光束之间串扰、光强和相位畸变等现象，对成像造成很大的影响。这就需要一定的补偿方法来降低各个子光束之间的串扰提高抗复杂环境的能力。

发明内容

针对现有阵列涡旋光束在复杂环境下易出现光束展宽、各个子光束之间串扰、光强和相位畸变，进而影响成像精度的问题，本发明提供一种基于轨道角动量分布补偿的阵列涡旋光量子调控发射方法及系统。

本发明所述基于轨道角动量分布补偿的阵列涡旋光量子调控发射方法，该方法包括以下步骤：

S1、利用分束器按预设阵列分布形状将入射激光传输至空间光调制器屏上，并在空间光调制器加载预设位相全息图，获取具有不同轨道角动量分布的阵列涡旋光束，所述阵列涡旋光束的各子光束的位相存在差异，进而各子光束的拓扑荷数存在差异；

S2、步骤S1获取的阵列涡旋光束经过模拟大气湍流得到畸变阵列涡旋光束，根据原始的阵列涡旋光束的光强分布和畸变阵列涡旋光束的光强分布、采用相位恢复算法获取阵列式补偿相位分布；

S3、将步骤S2获取的阵列式补偿相位分布加载至补偿相位屏中，实现对畸变阵列涡旋光束的校正，并发射至目标进行成像。

优选地，预设阵列分布形状为蜂窝状或矩形状，蜂窝状阵列为正六边形阵列，矩形状阵列为M×N阵列。

优选地，分束器输出多个光束作为阵列子光束，分别打在空间光调制器屏上与预设阵列各元素相对应位置上，并通过加载预设位相全息图调制该阵列每个子光束的相位，使各子光束的相位不同，以获取具有不同轨道角动量分布的阵列涡旋光束。

优选地，预设阵列分布形状为矩形状时，阵列涡旋光束的光强分布为：

式中：M、N分别为矩形状的阵列涡旋光束中每行、每列的子光束的个数，

m、n分别为矩形状的阵列涡旋光束的行序号、列序号；

dx、dy分别为相邻子光束横向和纵向的间隔；

x、y为直角坐标系下的坐标；

l为拓扑荷数，w(z)为束腰半径，k为波数，为缔合拉盖尔多项式，z为光束沿传播方向传输的距离，z_R为瑞利距离，i为虚数单位。

优选地，预设阵列分布形状为蜂窝状时，阵列涡旋光束的光强分布为：