專利名稱：提高激光束能量密度的超衍射極限的相位補(bǔ)償方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及波面相位補(bǔ)償，特別是一種提高激光束能量密度的超衍射極限的相位補(bǔ)償方法及裝置。特別指通過設(shè)計(jì)合適的相位板對準(zhǔn)直放大的單一橫模激光進(jìn)行小于光學(xué)衍射極限的光束發(fā)散度的壓縮，但同時(shí)保證光束能量集中于壓縮后的遠(yuǎn)場衍射主瓣中，使壓縮后的能量密度增加的一種位相補(bǔ)償校正技術(shù)，主要應(yīng)用方向是激光通信和其它需要很小發(fā)散度的激光應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在遠(yuǎn)距離自由空間激光通信尤其是衛(wèi)星之間的通信中，要求光通信接收端有足夠的信號激光功率以保證所需的信息傳輸?shù)恼`碼率，這主要涉及激光的發(fā)射功率(接收功率與其成正比)，準(zhǔn)直發(fā)射激光的發(fā)散度(接收功率與其平方成反比)，接收主鏡的口徑(接收功率與之平方成正比)，光接收機(jī)的靈敏度等。但由于激光器的本身結(jié)構(gòu)和重量的原因以及衛(wèi)星能夠提供能源和重量的限制，最大可獲得的單模激光發(fā)射功率有一定的極限值。接收光學(xué)口徑的尺寸基本決定了光學(xué)終端的大小和重量，因?yàn)樾l(wèi)星負(fù)載重量和尺寸的限制使得接收光學(xué)口徑有一定的取值范圍，一般小于300毫米。此外，光接收機(jī)的靈敏度因?yàn)閹捠芟抟泊嬖跇O限值，即量子極限靈敏度。因此，對于遠(yuǎn)距離激光通信在上述的各種限制條件下，應(yīng)當(dāng)要求激光準(zhǔn)直發(fā)射光束的發(fā)散度盡量窄，即接近光學(xué)衍射極限，一般需要達(dá)到數(shù)個(gè)至數(shù)十個(gè)微弧度，才能保證光通信接收端具有足夠高的接收功率。此外，較小發(fā)散度的激光光束控制技術(shù)在激光其它軍事和民用應(yīng)用方面也具有實(shí)際意義。
激光器輸出的光束本身存在發(fā)散度最小的模式，即最低階橫向模式，通常用高斯光束來描述。單一最低階橫模狀態(tài)下的激光輸出也就是達(dá)到了光學(xué)衍射極限。為了進(jìn)一步縮小光束發(fā)散度，一般采用望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)進(jìn)行光束的光學(xué)準(zhǔn)直放大，但理想的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)存在口徑限制下的最小發(fā)散度極限，即光學(xué)衍射極限，其反比于發(fā)射口徑。因此單橫模激光光束或者經(jīng)過放大后的光束其最小發(fā)散度由橫模高斯波腰和發(fā)射口徑的衍射極限所決定，理想情況下，輸出光束將達(dá)到或者非常接近高斯光束的衍射極限。本發(fā)明利用補(bǔ)償相位板對單橫模激光光束或者經(jīng)理想準(zhǔn)直放大后的擴(kuò)束光進(jìn)行超過光學(xué)衍射極限的波束發(fā)散度的壓縮，同時(shí)也使得能量集中于壓縮后的遠(yuǎn)場主瓣，從而得到不降低能量的和小于衍射極限發(fā)散度的遠(yuǎn)場發(fā)射主瓣。這對于遠(yuǎn)距離激光通信在最大可能獲得的激光功率和靈敏度的限制條件下能夠有效保證光通信接收端具有足夠高的接收功率。
超衍射極限技術(shù)通常是指在成像光學(xué)中對由成像系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)產(chǎn)生的光斑尺寸，即艾里斑，進(jìn)行壓縮的技術(shù)，理想條件下點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)由成象透鏡的通光口徑?jīng)Q定，(見1.Principles of Optics，M.Born and E.Wolf，7th(extened)，p464)。最早人們采用振幅型光瞳函數(shù)實(shí)現(xiàn)艾里斑的壓縮(2.C.J.R.Sheppard，Optik 48，339(1977)，3.R.Boivin and A.Boivin，OPT.Acta 27，587(1980)，4.Z.S.Hegedus，Opt.Acta 32，815(1985))，但這種方法使傳遞的能量損失很大。之后又采用位相板方法(5.J.J.E.Wilkins，J.Opt.Soc.Am.40，222(1950)，6.T.R.M.Sales and G.M.Morris，in Joint International Symposium on OpticalMemory and Optical Data Storage，Vol.12 of 1996 OSA Technical DigestSeries(Optical Society of America，Washington，D.C.，1996)，pp.290-292，7.T.R.M.Sales and G.M.Morri s，Opt.Lett.，22，582(1997))，即使用位相型光瞳濾波器改變或補(bǔ)償入射光束的空間位相分布來實(shí)現(xiàn)光斑的壓縮，其原理基本與振幅型光瞳濾波器相同，但是它有效改善了使用振幅型光瞳濾波器時(shí)存在的傳遞能量損耗的問題。另外也有采用振幅和相位混合結(jié)構(gòu)的光瞳濾波器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場光斑的壓縮(8.Z.S.Hegedus and V.Sarafis，J.Opt.Soc.Am.A 3，1892(1982))。光斑的有效壓縮使該項(xiàng)技術(shù)已在光學(xué)信息存儲(chǔ)(9.A.B.Marchant，Optical Recordinga TechnicalOverview(Addison-Wesley，Reading，Mass.，1990)Chp.5，p.101)、共焦顯微術(shù)(10.T.Wilson，Confocal Microscopy(Academic，London，1990)，Chap.5，p.171)以及成像和激光印刷術(shù)等等方面獲得了應(yīng)用。但是，采用上述超分辨技術(shù)實(shí)現(xiàn)光波遠(yuǎn)場主瓣寬度壓縮的同時(shí)，不可避免的是主瓣的能量不斷地轉(zhuǎn)移到了旁瓣中。因此，雖然縮小了衍射主瓣，但也降低了衍射主瓣的能量。這在成象光學(xué)中不會(huì)產(chǎn)生問題，因?yàn)槠渲饕康氖菫榱颂岣叻直媛?。但用于激光發(fā)射光束的發(fā)散度壓縮時(shí)，雖然主瓣寬度壓縮了，但是當(dāng)主瓣所包含的能量與原來束寬中的能量相比降低很多時(shí)，這種壓縮毫無實(shí)際意義。此外，在成象光學(xué)的超分辨理論中，只定義了壓縮前后的主瓣峰值強(qiáng)度比(Strehl比)，而沒有定義壓縮前后的主瓣能量比以及能量密度比，這就說明了上述超分辨技術(shù)中是不考慮主瓣能量轉(zhuǎn)換的或者說主瓣能量的多少不是問題的關(guān)鍵。而且補(bǔ)償位相板是對透鏡的聚焦或會(huì)聚光束進(jìn)行位相補(bǔ)償，也就是在光學(xué)系統(tǒng)的最后一級實(shí)施超分辨改造。如果這種光束用于激光準(zhǔn)直發(fā)射時(shí)，因發(fā)射光束需要附加透鏡進(jìn)行準(zhǔn)直及放大，這就意味著相位板不是置于光學(xué)系統(tǒng)的最后，因此相位板以后的光學(xué)元件將破壞經(jīng)過相位補(bǔ)償?shù)墓馐?，使得達(dá)到超衍射極限的光束再次產(chǎn)生畸變，最終得到的光束等效于無超衍射極限的相位補(bǔ)償?shù)那闆r。此外，在成象光學(xué)的計(jì)算中超衍射極限技術(shù)采用了平面波模型，這一模型不適合于激光光束，在激光應(yīng)用時(shí)更精確的是高斯傳播光學(xué)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的困難，提供一種提高激光束能量密度的超衍射極限的相位補(bǔ)償方法及裝置，這種位相補(bǔ)償?shù)姆椒ê脱b置可以以較小的發(fā)射光學(xué)口徑達(dá)到較大口徑的衍射極限發(fā)散度的效果，非常有利于空間激光通信終端的輕量化和小型化。
本發(fā)明的基本方案是一種提高激光束能量密度的超衍射極限的相位補(bǔ)償方法，其特征在于①在最低階橫模激光準(zhǔn)直放大系統(tǒng)的最后采用補(bǔ)償相位板對衍射極限光束進(jìn)行相位補(bǔ)償；②原理上采用高斯光束傳播；③在確定相位板的結(jié)構(gòu)時(shí)，首先采取反向傳遞算法由需要的遠(yuǎn)場壓縮光束波面反推相位板的連續(xù)相位分布，再采用衍射理論由附加相位分布的高斯光束求取其遠(yuǎn)場分布，對相位板的分布進(jìn)行優(yōu)化；然后對優(yōu)化的連續(xù)相位分布的位相板進(jìn)行量子化，并同時(shí)用衍射理論進(jìn)行優(yōu)化處理，最終得到量子化分布的相位結(jié)構(gòu)；④通過計(jì)算得到帶邊界的二環(huán)的相位板結(jié)構(gòu)，該相位板結(jié)構(gòu)滿足光束主瓣的壓縮比達(dá)到0.8，主瓣的能量損失比為0.93，能量密度比為1.16。
利用上述提高激光束能量密度的超衍射極限的相位補(bǔ)償方法而建立的提高激光束能量密度的超衍射極限的相位補(bǔ)償裝置，其結(jié)構(gòu)是它沿激光束前進(jìn)方向依次包括激光器、整形準(zhǔn)直系統(tǒng)、光束放大裝置和補(bǔ)償位相板。
所述的激光器是一最低階單橫模激光器。
這一結(jié)構(gòu)意味著采用120mm口徑的發(fā)射主鏡即可以達(dá)到150mm口徑的實(shí)際效果，它滿足激光通信終端的輕量化和小型化的要求。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的超衍射極限技術(shù)是采用相位分布的光學(xué)平板對于準(zhǔn)直及放大的高斯激光光束進(jìn)行補(bǔ)償，使其發(fā)散角得到壓縮，純相位平板具有無吸收損耗的優(yōu)點(diǎn)，采用高斯光學(xué)切合激光光束實(shí)際，因而補(bǔ)償精度高。
2、相位板的設(shè)計(jì)上，采用反向傳遞算法并結(jié)合正向衍射的優(yōu)化計(jì)算，具有能夠?qū)崿F(xiàn)全局最佳化計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)，其特征是能夠比較容易地得到所需要的結(jié)果，特別是定義了主瓣能量比和能量密度比來判斷經(jīng)位相補(bǔ)償?shù)玫降某苌錁O限遠(yuǎn)場光斑的能量損失，既可以做到主瓣壓縮又實(shí)現(xiàn)主瓣能量集中，使得該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用真正在原理上能夠成立。考慮到相位板的制作工藝，所設(shè)計(jì)的相位分布進(jìn)行了量子化及其優(yōu)化，使得相位板容易制造。
總之，這種位相補(bǔ)償?shù)姆椒梢砸暂^小的發(fā)射光學(xué)口徑達(dá)到較大口徑的衍射極限發(fā)散度的效果，非常有利于空間激光通信終端的輕量化和小型化。


圖1為本發(fā)明的激光準(zhǔn)直發(fā)射光束的超衍射極限相位補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本發(fā)明中超衍射極限補(bǔ)償位相板的數(shù)值計(jì)算過程示意3為本發(fā)明中反向算法確定的位相板的位相分布示意圖。
圖4為本發(fā)明中量子化位相板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明中激光準(zhǔn)直發(fā)射光束在壓縮前后的遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布比較圖。
具體實(shí)施方案請先參閱圖1，圖1是本發(fā)明的激光準(zhǔn)直發(fā)射光束的超衍射極限相位補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)框圖。由圖可見，本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)包括激光器1、整形準(zhǔn)直系統(tǒng)2、光束放大裝置3和補(bǔ)償位相板4。激光器1發(fā)出的單一最低階橫模光束，經(jīng)整形準(zhǔn)直系統(tǒng)2準(zhǔn)直后成為均勻分布的高斯光斑，或者經(jīng)光纖傳輸后輸出一光點(diǎn)，準(zhǔn)直后的光束經(jīng)光束放大裝置3放大后得到一定發(fā)射口徑(即達(dá)到衍射極限光束)并且具有一定的發(fā)散度的高斯光束，這一高斯光束再經(jīng)補(bǔ)償位相板4的補(bǔ)償，在遠(yuǎn)場得到空間分布壓縮的遠(yuǎn)場光斑，該光斑的能量基本保持不變。假設(shè)經(jīng)準(zhǔn)直放大后的高斯光束的振幅為a(x，y)，補(bǔ)償位相板4的位相分布為φ(x，y)，則光束經(jīng)過補(bǔ)償位相板4后的復(fù)振幅b(x，y)為b(x，y)＝a(x，y)exp(iφ(x，y)) (1)經(jīng)位相補(bǔ)償后激光光束在遠(yuǎn)場的復(fù)振幅分布B(fx，fy)可表示成以下形式，B(fx，fy)＝A(fx，fy)*Φ(fx，fy) (2)其中A(fx，fy)是a(x，y)的傅立葉譜，Φ(fx，fy)為輸入位相分布exp(iφ(x，y))的傅立葉變換，因此，適當(dāng)控制補(bǔ)償位相函數(shù)φ(x，y)就有可能使補(bǔ)償后光束的發(fā)散度小于光束原來的發(fā)散度。
本發(fā)明在評價(jià)光斑的壓縮效果時(shí)仍采用成像光學(xué)中的兩個(gè)參數(shù)，第一零點(diǎn)比G＝xs/x0和Strehl比S＝Ism/I0m，其中xs和x0分別表示有超分辨位相板和沒有超分辯位相板下的遠(yuǎn)場衍射主瓣的第一零點(diǎn)值，Ism和Is0分別表示有超分辨位相板和無超分辨位相板時(shí)遠(yuǎn)場衍射主瓣中央點(diǎn)的光強(qiáng)值。此外為了衡量壓縮后遠(yuǎn)場衍射主瓣能量的損失程度，定義遠(yuǎn)場衍射主瓣的積分能量比RI＝Is/I0，以及能量密度比TI=Is/xsI0/x0(=RI/G),]]>其中Is和I0分別為有超分辨位相板和沒有超分辯位相板時(shí)的遠(yuǎn)場衍射主瓣積分能量值。
據(jù)文獻(xiàn)Opt.Let.，1997，22(9)知在小信號近似下，遠(yuǎn)場光斑的壓縮比與斯塔爾比的極大值具有如下的關(guān)系S=[A‾Σp=1∞(η1A)2p22p(p+1))(p!)2G2P]2...(3)]]>上式中A表示振幅透過率的最大值，η1A＝3.8325為愛里斑的第一零點(diǎn)的位置。
當(dāng)遠(yuǎn)場光斑壓縮比(即第一零點(diǎn)比G)G＜0.46時(shí)，隨著光斑壓縮比的降低，斯塔爾比也快速降低，即對于比較大的壓縮時(shí)，Strehl比和第一零點(diǎn)比存在關(guān)系S＜G，這表明峰值光強(qiáng)下降的速率大于遠(yuǎn)場光斑的縮小，即能量損失較大，此時(shí)能量密度比TI＜1，這一理論結(jié)果對于激光通信而言是非常不利的。然而，當(dāng)G＞0.46時(shí)，上述理論值已超出小信號近似的條件而失去其參考價(jià)值，這說明在較小的壓縮比的情況下，S≥G完全有可能成立，即峰值光強(qiáng)下降的速率可小于遠(yuǎn)場光斑的縮小，能量密度比TI可大于1。為此本發(fā)明中的補(bǔ)償位相板4是在較小的壓縮比下(即G＞0.46)、Strehl比降低不明顯、并且整個(gè)遠(yuǎn)場光斑的積分能量Is也降低不大和能量密度比TI＞1四個(gè)條件下得到的。
在相位板的設(shè)計(jì)上，本發(fā)明采用如圖2所示的技術(shù)路線對補(bǔ)償位相板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全局優(yōu)化計(jì)算。它包括反向傳遞算法、最佳化位相板、位相板量子化、誤差修正和位相板的輸出等幾部分組成。首先采用反向傳遞算法給出符合條件的位相板的結(jié)構(gòu)，然后利用衍射理論計(jì)算準(zhǔn)直放大后的高斯光束通過位相板后的遠(yuǎn)場分布，調(diào)整反向算法中的參數(shù)，并不斷將它們遠(yuǎn)場分布的結(jié)果進(jìn)行比較，得到與條件相符的最佳化位相板結(jié)構(gòu)。通常反向傳遞算法給出的位相板的位相是在[-π，π]之間連續(xù)分布的，精確制作這樣的位相板，在技術(shù)上會(huì)有相當(dāng)?shù)碾y度甚至無法做出，因此必須將連續(xù)分布的位相板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行位相板量子化，即將連續(xù)的位相分布量化為臺(tái)階型的位相分布。使用量子化之后的位相板進(jìn)行位相補(bǔ)償獲得的遠(yuǎn)場光斑可能會(huì)與使用連續(xù)位相分布的補(bǔ)償位相板得到的遠(yuǎn)場光斑有一定的偏差，因此量子化后的位相板還需要再進(jìn)行進(jìn)一步的誤差修正。再次利用衍射理論計(jì)算激光光束通過量子化的補(bǔ)償位相板后的遠(yuǎn)場分布，并將量子化的補(bǔ)償位相板下的超衍射極限的遠(yuǎn)場光斑與量子化前位相板的情況進(jìn)行比較，改變相應(yīng)的參數(shù)，使量子化的補(bǔ)償位相板達(dá)到最佳化。最后將最佳化的量子化位相板輸出。
本發(fā)明的具體技術(shù)解決方案如下
1、由于本發(fā)明是在激光發(fā)射中運(yùn)用超衍射極限技術(shù)，因此要求結(jié)構(gòu)圖1中激光器1的激光輸出必須達(dá)到光學(xué)衍射極限，即為最低階橫模模式，這一模式通常用高斯光束來描述。并且之后的整型準(zhǔn)直系統(tǒng)2和光束放大裝置3必須保證對高斯光束進(jìn)行準(zhǔn)直放大的同時(shí)不會(huì)改變高斯光束的光束質(zhì)量。由此獲得的輸出光束將達(dá)到或者非常接近高斯光束的衍射極限。置于發(fā)射系統(tǒng)之后的補(bǔ)償位相板4對衍射極限或者接近衍射極限的高斯光束的波面進(jìn)行位相補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)激光光束發(fā)散度的壓縮，但在光束發(fā)散度或者光束的遠(yuǎn)場衍射主瓣的寬度得到壓縮的同時(shí)，衍射主瓣能量的減小低于主瓣壓縮比，即能量密度比大于1，使本發(fā)明具有實(shí)際的意義。因此本發(fā)明原理上需采用高斯光束的傳播。
2、本發(fā)明中補(bǔ)償位相板的結(jié)構(gòu)采用反向傳遞算法待定求解。在給定輸入光波的振幅分布和遠(yuǎn)場衍射光斑光強(qiáng)分布(當(dāng)然該衍射光斑滿足一定的光斑壓縮比且保證能夠產(chǎn)生有效的發(fā)散度)的條件下，待定求解位于輸入面上的位相板的位相結(jié)構(gòu)。其具體步驟為假設(shè)輸出面上的目標(biāo)光強(qiáng)分布，并隨即或特殊選取遠(yuǎn)場光波的初始位相，將構(gòu)造的這一遠(yuǎn)場復(fù)振幅進(jìn)行逆傅立葉變換，將變換后的光波復(fù)振幅的幅值用已知的輸入面上的光波的振幅代替，然后進(jìn)行正傅立葉變換，將變換到遠(yuǎn)場的光波復(fù)振幅的幅值用設(shè)定的遠(yuǎn)場衍射光強(qiáng)的平方根表示，構(gòu)造新的輸出光波復(fù)振幅，進(jìn)入下一輪的循環(huán)。整個(gè)迭代過程中輸入輸出的積分能量保持不變，并在循環(huán)的過程中不斷地將輸出波形與高斯光束的遠(yuǎn)場進(jìn)行比較，當(dāng)壓縮比滿足一定條件時(shí)輸出此時(shí)在輸入面上的位相分布，由此確定補(bǔ)償位相板的結(jié)構(gòu)。
3、經(jīng)反向傳遞算法得到的實(shí)現(xiàn)超衍射極限光斑壓縮的位相板結(jié)構(gòu)并非一二階的位相結(jié)構(gòu)而是連續(xù)的位相分布。對于連續(xù)分布的位相板，其制作工藝和精度都能以控制。為此我們將連續(xù)分布的位相結(jié)構(gòu)進(jìn)行量子化，得到臺(tái)階狀的位相分布。量子化的位相板可利用二元光學(xué)的大規(guī)模集成電路的制作工藝精確實(shí)現(xiàn)。
4、在位相板的量子化過程中，由于位相轉(zhuǎn)折位置的選取、位相板內(nèi)外環(huán)的位相差的取值以及位相板的外環(huán)的尺寸等因素的影響都可能給實(shí)際遠(yuǎn)場衍射圖樣的結(jié)果帶來不同程度的偏差。為此我們就這些相關(guān)因素的變化對遠(yuǎn)場衍射圖樣的影響進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算。計(jì)算過程中，不斷改變位相板量子化時(shí)位相的轉(zhuǎn)折位置、位相板內(nèi)外環(huán)的位相差以及位相板的外環(huán)的尺寸，進(jìn)而對位相板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化處理，得到最佳的超衍射極限光強(qiáng)分布，從而得到位相板量子化最優(yōu)化時(shí)的參數(shù)。
假設(shè)準(zhǔn)直放大的激光光束是波腰為ω0＝10mm的高斯光束。圖3給出了在壓縮前后遠(yuǎn)場衍射主瓣的積分能量比RI＝Is/I0基本不降低的條件下，利用反向算法得到的補(bǔ)償位相板的結(jié)構(gòu)示意圖?？梢钥闯鼋?jīng)反向算法得到的實(shí)現(xiàn)超衍射光斑壓縮的位相板結(jié)構(gòu)并非二階的位相結(jié)構(gòu)而具有連續(xù)的位相分布。對壓縮比為0.8的位相板結(jié)構(gòu)而言，其大的輪廓具有兩個(gè)臺(tái)階，且這兩個(gè)臺(tái)階的位相差近似為π，因此在位相量化時(shí)可采用兩位相環(huán)再加上一光闌的形式。量子化時(shí)，設(shè)內(nèi)外環(huán)的半徑分別取r1和r2，相應(yīng)的位相分別為1和2。量子化的結(jié)果如圖4虛線所示，其中各參數(shù)分別取r1＝18.75mm、r2＝25mm、Δ＝2-1＝3.14rad。
圖5給出了經(jīng)位相板補(bǔ)償前后高斯光束在遠(yuǎn)場的衍射光強(qiáng)分布，其中壓縮比G＝0.8，而遠(yuǎn)場衍射主瓣的積分能量比RI＝0.93，能量密度比TI＝116。
權(quán)利要求
1.一種提高激光束能量密度的超衍射極限的相位補(bǔ)償方法，其特征在于①在最低階橫模激光準(zhǔn)直放大系統(tǒng)的最后采用補(bǔ)償相位板對衍射極限光束進(jìn)行相位補(bǔ)償；②原理上采用高斯光束傳播；③在確定相位板的結(jié)構(gòu)時(shí)，首先采取反向傳遞算法由需要的遠(yuǎn)場壓縮光束波面反推相位板的連續(xù)相位分布，再采用衍射理論由附加相位分布的高斯光束求取其遠(yuǎn)場分布，對相位板的分布進(jìn)行優(yōu)化；然后對優(yōu)化的連續(xù)相位分布的位相板進(jìn)行量子化，并同時(shí)用衍射理論進(jìn)行優(yōu)化處理，最終得到量子化分布的相位結(jié)構(gòu)；④通過計(jì)算得到帶邊界的二環(huán)的相位板結(jié)構(gòu)，該相位板結(jié)構(gòu)滿足∶光束主瓣的壓縮比達(dá)到0.8，主瓣的能量損失比為0.93，能量密度比為1.16。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高激光束能量密度的超衍射極限的相位補(bǔ)償方法而建立的提高激光束能量密度的超衍射極限的相位補(bǔ)償裝置，其特征在于它沿激光束前進(jìn)方向依次為激光器(1)、整形準(zhǔn)直系統(tǒng)(2)、光束放大裝置(3)和補(bǔ)償位相板(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高激光束能量密度的超衍射極限的相位補(bǔ)償裝置，其特征在于所述的激光器(1)是一最低階單橫模激光器。
全文摘要
一種提高激光束能量密度的超衍射極限的相位補(bǔ)償方法及裝置，其方法是在最低階橫模激光準(zhǔn)直放大系統(tǒng)的最后采用補(bǔ)償相位板對衍射極限光束進(jìn)行相位補(bǔ)償；原理上采用高斯光束傳播；在確定相位板的結(jié)構(gòu)時(shí)，首先采取反向傳遞算法由需要的遠(yuǎn)場壓縮光束波面反推相位板的連續(xù)相位分布，再采用衍射理論由附加相位分布的高斯光束求取其遠(yuǎn)場分布，對相位板的分布進(jìn)行優(yōu)化；然后對優(yōu)化的連續(xù)相位分布的位相板進(jìn)行量子化，并同時(shí)用衍射理論進(jìn)行優(yōu)化處理，最終得到量子化分布的相位結(jié)構(gòu)；該相位板結(jié)構(gòu)滿足光束主瓣的壓縮比達(dá)到0.8，主瓣的能量損失比為0.93，能量密度比為1.16。其裝置依次由激光器、整形準(zhǔn)直系統(tǒng)、光束放大裝置和補(bǔ)償位相板構(gòu)成。
文檔編號G02F1/35GK1487330SQ0314210
公開日2004年4月7日 申請日期2003年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月8日
發(fā)明者滕樹云, 劉立人, 祖繼鋒, 欒竹, 萬玲玉 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所