[发明专利]基于散射介质的可编程光学元件及光场调控系统和方法

摘要

本发明提出一种基于散射介质的可编程光学元件及光场调控系统和方法，解决了传统光学元件功能单一、光波调制成本高、装置复杂、集成度低的技术难题。本发明系统依次设有光源扩束、调制、散射介质显微和探测模块，在调制和探测模块间设有数据处理模块。由计算机循环控制空间光调制器调制输入光场，探测器探测输出光场，进行数据整形，测得散射介质光学传输矩阵，并作可编程智能光学元件，结合光学相位共轭、相位恢复及散斑重建等方法实现光场调控，包括成像、色散、反常色散、聚焦及整形等。本发明智能化、多功能、低成本、易操作、高集成、操控性强，可用于军事、生物医学、集成光学及纳米光子学等科学研究领域中。

主权项

1.一种基于散射介质的可编程光学元件及光场调控系统，按照光路方向依次设有光源扩束模块、调制模块、探测模块，并设有数据处理模块，数据处理模块在调制模块和探测模块之间电路连接，用于调制模块和探测模块的电信号反馈及控制，所述光源扩束模块包括激光器和接在激光器输出端的扩束器，用于发出特定波长和直径的光束；所述探测模块包括探测器，用于接收经激光器发射并被光学处理后的光波信号，记录其散斑强度信息并传输到数据处理模块中，进而实现对调制模块和探测模块的电信号控制；所述数据处理模块包括计算机，用于控制调制模块循环加载不同相位图像、控制探测器自动采集图像、对测得的所有数据进行整形处理，实现对基于散射介质的可编程光学元件及光场调控系统的输入光场和输出光场进行调控，其特征在于：调制模块以及探测模块的光路之间还设有散射介质显微模块，所述散射介质显微模块沿光路方向同光轴依次接有第一显微物镜、散射介质和第二显微物镜，其中第一显微物镜正向放置、第二显微物镜反向放置，散射介质位于第一显微物镜的焦点上，散射介质的作用用光学传输矩阵描述，第一显微物镜对光束的聚集作用以及第二显微物镜对光束的收集作用，助于快速有效的测得散射介质的光学传输矩阵，当散射介质的光学传输矩阵被测量得到后，此散射介质显微模块中的散射介质即可作为可编程智能光学元件，对入射光波进行控制，进而实现光场调控，如聚焦、成像、色散、反常色散以及光波整形变换；所述调制模块位于光源扩束模块和散射介质显微模块之间，在调制模块中沿光路方向依次接有半波片、空间光调制器以及偏振片，空间光调制器受数据处理模块数据控制，半波片和偏振片搭配空间光调制器实现纯相位调制，数据处理模块控制空间光调制器将入射到空间光调制器的光束分别为两部分，其中一部分被调制，称为调制光，另一部分称为参考光，两部分共同入射到偏振片并进入散射介质显微模块；计算机控制改变加载到空间光调制器上的相位图像，并记录探测器采集的图像，重复此过程数次以测量并计算散射介质的光学传输矩阵，结合光学相位共轭、相位恢复算法以及散斑重建方法，利用可编程光学元件，即散射介质的光学传输矩阵，可以实现聚焦、成像、色散、反常色散以及光波整形变换。