基于純相位液晶空間光調(diào)制器的激光束敏捷控制技術(shù)研究.pdf

1、激光束敏捷控制技術(shù)指的是研究激光束分束數(shù)量、掃描位置、光斑形狀以及能量變化規(guī)律和可控性規(guī)律的技術(shù)。其特點是可實現(xiàn)對于激光束的數(shù)量、光斑形狀、指向及聚焦位置的無機械慣量控制,充分發(fā)揮激光能量集中、指向性和相干性好的特性,在諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用并正顯現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
　　該技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)計加載于空間光調(diào)制器上的相位分布,使得經(jīng)過空間光調(diào)制器調(diào)制的激光束數(shù)量、光斑形狀、指向以及聚焦位置預(yù)期被控。然而,目前基于液晶空間光調(diào)制器的激光束敏捷

2、控制技術(shù)仍然存在以下兩個問題:第一,如何在控制區(qū)域內(nèi)無顯著“鬼影光斑”及“噪聲光斑”的情況下,動態(tài)實現(xiàn)一束入射激光分成多個激光束,并且每個激光束焦點在三維空間可預(yù)期獨立程控;第二,如何在保持高衍射效率的前提下,按照預(yù)期的任意形狀強度分布對每個激光束進行較高精度遠場整形。
　　針對上述兩個問題,本課題展開了如下相關(guān)理論及實驗研究:
　　首先,針對第一個問題,提出一種基于多個獨立迭代平面的相位分布設(shè)計方法,并對該方法進行理論仿真

3、和初步實驗驗證。該方法把遠場分為工作區(qū)和噪聲區(qū)且限制相位平面的頻譜帶寬,抑制工作區(qū)中的“噪聲光斑”;采用并行設(shè)計多個相位分布拼接形成用于多個光束獨立控制的最終相位分布,從而避免由串行設(shè)計多個相位分布引入的“鬼影光斑”,同時,多相位分布拼接解決了抑制工作區(qū)中的“噪聲光斑”時造成的衍射效率降低的問題。
　　其次,針對第二個問題,提出一種適用于遠場不同形狀、不同口徑平頂光束整形的自適應(yīng)權(quán)重優(yōu)化相位分布設(shè)計方法,并對該方法進行理論仿真。該

4、方法以被整形光束的光強分布均方根誤差(RMSE)和衍射效率(DE)兩個參數(shù)作為評價標(biāo)準(zhǔn)進行自適應(yīng)權(quán)重優(yōu)化,在保證較高衍射效率前提下,大大減小光束強度分布的波動。
　　為進一步提高光束整形能力,能將激光束強度分布整形成任意預(yù)期的形狀,提出一種對被控光波前振幅、相位進行獨立調(diào)控的雙相分布級聯(lián)設(shè)計方法,并對該方法進行理論仿真。該方法不同于常規(guī)相位恢復(fù)算法,它將傳統(tǒng)的一個相位迭代面改成兩個相位迭代面,第一個相位迭代面控制光波前的振幅分布,

5、第二個相位迭代面控制光波前的相位分布,由此克服傳統(tǒng)相位恢復(fù)算法中,只對振幅優(yōu)化而不能對相位加以控制的缺點。因為該方法能對被控光場振幅、相位進行獨立調(diào)控,所以可高精度地在目標(biāo)平面構(gòu)建任意期望的強度分布。
　　最后,搭建實驗裝置,采用上述三種方法設(shè)計相位分布圖加載于純相位液晶空間光調(diào)制器LCSLM(LiquidCrystalSpatialLlightModulator),分別進行實驗研究,實驗結(jié)果與理論仿真一致,進一步證明上述方法的可