[发明专利]基于双振幅型衍射元件的强激光艾里光束调制方法及装置

摘要

本发明公开了基于双振幅型衍射元件的强激光艾里光束调制方法，包括设计强激光艾里光束调制光路步骤，设计振幅型衍射元件步骤，制作振幅型衍射元件步骤，调节光路步骤。利用双(两个)振幅型衍射元件对强激光进行相位调制，在远处目标光场获得艾里光斑，首先设计强激光艾里光束调制光路，再根据已知的目标光场设计满足设计要求的振幅型衍射元件，制作振幅型衍射元件，调节好包括激光器、透镜组、振幅型衍射元件和扩束镜的光路，让激光器出射激光，最后在目标光场形成聚焦艾里光斑，克服了现有的强激光艾里光束调制技术利用空间光调制器，调制功率低的缺点。

主权项

1.基于双振幅型衍射元件的强激光艾里光束调制方法，包括如下步骤，/n设计强激光艾里光束调制光路步骤：激光器出射激光经过透镜组扩束后，通过双振幅型衍射元件，再经过扩束镜在目标光场形成聚焦艾里光斑；/n设计振幅型衍射元件步骤：根据已知的目标光场设计满足设计要求的振幅型衍射元件；/n制作振幅型衍射元件步骤：制作满足设计要求的振幅型衍射元件；/n调节光路步骤：根据已设计的强激光艾里光束调制光路，用激光器、透镜组、双振幅型衍射元件和扩束镜调节好光路，并让激光器出射激光经过透镜组扩束后，通过双振幅型衍射元件，再经过扩束镜在目标光场形成聚焦艾里光斑；/n所述设计振幅型衍射元件步骤中，根据已知的目标光场设计振幅型衍射元件，设计原则是激光器出射激光经过透镜组扩束后，再通过双振幅型衍射元件对入射光场进行相位调制转变成艾里光束；/n所述根据已知的目标光场设计振幅型衍射元件，具体步骤为：/n首先根据已知的目标光场数学描述，计算该光场波前传播至振幅型衍射元件平面时的复数光场分布，即振幅型衍射元件平面处的U(x，y)＝O₀(x，y)e^iφ(x，y)，该计算结果可以用离散点的数值表达方式表示；/n再者，光场波前从物体传播至振幅型衍射元件平面处这一过程，可用菲涅尔衍射积分公式来进行描述：/n /n其中，U_obj(ξ，η)为已知的目标光场的数学描述，z为传播距离；/n其次，振幅型衍射元件平面处的相位函数可以采用光线追迹方法获得，其相位函数φ(x，y)，过振幅型衍射元件平面上任意一点K(x，y)的光线K A均可表示成一自由曲面的法线，其中点A为该法线与对应自由曲面的交点，点K的相位可以通过光线追迹表达为光线K A的光程与对应自由曲面轴上参考光线K₀A₀光程导致的相位差为：/n /n其中，λ为波长，opl[·]表示对给定光线的光程，opl[·]中的“·”代表K A或者K₀A₀；由于不需要考虑重建波前的振幅部分，该相位函数即完整地描述了振幅型衍射元件的重建波前；但考虑到用来重建波前的入射光束在衍射元件平面上的相位函数部分为：/n /n其实际需要编码的相位函数为这两者之差：/n /n其中J为对应自由曲面中心法线方向一点，其到该自由曲面中心处距离为自由曲面中心点曲率半径，这样，设计出了满足设计要求的振幅型衍射元件，即是确定了该振幅型衍射元件平面处的明暗条纹分布图案；/n公式(1)、(0-1)～(0-3)中所有的符号物理意义：/nO(x，y)，U(x，y)-衍射元件平面处的复数光场描述，/nU_obj(ξ，η)-已知的目标光场的数学描述，/nz-传播距离，/nx，y-衍射元件平面处二维直角坐标系，/nφ(x，y)-位相分布函数，/nopl[·]-对给定光线的光程，opl[·]中的“·”代表K A、K₀A₀、J^KA、J^K或/n