本發(fā)明涉及光斑形狀調(diào)制領(lǐng)域，具體為一種基于渦旋光束的光斑形狀調(diào)制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前，對(duì)于光束的調(diào)制，主要有以下幾種方式：強(qiáng)度調(diào)制、相位調(diào)制、偏振調(diào)制。強(qiáng)度調(diào)制針對(duì)光電場(chǎng)的振幅，分為內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制。內(nèi)調(diào)制的典型代表半導(dǎo)體激光器，通過(guò)改變注入電流從而改變半導(dǎo)體激光器的輸出光強(qiáng)；外調(diào)制則是采用斬波器之類的器件對(duì)激光器的輸出光強(qiáng)進(jìn)行改變。相位調(diào)制針對(duì)光電場(chǎng)的相位，通常情況下，可以通過(guò)改變光程或者等效折射率的方法，來(lái)達(dá)到改變光電場(chǎng)的效果。偏振調(diào)制制針對(duì)光電場(chǎng)的振動(dòng)方向(偏振方向)，通?？梢圆捎貌Ｆ蛘卟ＦM合來(lái)改變光電場(chǎng)的振動(dòng)方向。

和上述的三種調(diào)制方式不同的是，本發(fā)明技術(shù)方案需要改變的光斑的形狀，即橫截面上光強(qiáng)的分布。傳統(tǒng)的研究中，也有對(duì)光斑進(jìn)行改變的光學(xué)方法，例如采用衍射光學(xué)元件，對(duì)光斑進(jìn)行整形。這種傳統(tǒng)的方法，一旦系統(tǒng)搭建完畢，只能完成特定的光斑改變(通常是將橢圓形光斑改變?yōu)閳A形光斑，或者將圓形光斑改變?yōu)榉叫喂獍?，只能對(duì)光斑進(jìn)行改變，不能稱得上調(diào)制。而本發(fā)明技術(shù)方案可以通過(guò)改變電壓，靈活快速改變光斑形狀，有望在激光加工和光通信編碼上引導(dǎo)出新型的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種基于渦旋光束的光斑形狀調(diào)制系統(tǒng)及方法，通過(guò)激光器發(fā)出激光光束，通過(guò)光分束器分為上下兩個(gè)分支光束；上分支光束經(jīng)過(guò)螺旋相位板，橫向光電場(chǎng)的相位得到螺旋型相位結(jié)構(gòu)，輸出的光束為渦旋光束，其特征參量“拓?fù)浜蓴?shù)”由螺旋相位板決定；下分支光束經(jīng)過(guò)相位調(diào)制器，相位延遲得到調(diào)制；上下兩個(gè)分支光路在光合束器匯合，經(jīng)過(guò)后有兩路輸出，取其中一路即可，該輸出的合成光束就是具備“光斑形狀調(diào)制”的光束。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于渦旋光束的光斑形狀調(diào)制系統(tǒng)，包括：激光器、光分束器、第一螺旋相位板、第一反射鏡、第二反射鏡、相位調(diào)制器和光合束器；所述光分束器與所述激光器相連用于接收所述激光器發(fā)出激光光束，將所述激光光束按照比例分配與上下兩個(gè)分支光束；所述螺旋相位板與所述光分束器相連用于接收所述光分束器產(chǎn)生的上分支光束，將橫向光電場(chǎng)進(jìn)行螺旋形相位改變獲得渦旋光束；所述第一反射鏡與所述螺旋相位板相連用于將所述渦旋光束進(jìn)行轉(zhuǎn)向；所述第二反射鏡與所述光分束器相連用于將所述光分束器產(chǎn)生的下分支光束進(jìn)行轉(zhuǎn)向；所述相位調(diào)制器與所述第二反射鏡相連用于改變所述下分支光束的相位延遲；所述光合束器與所述第一反射鏡和所述相位調(diào)制器的輸出分別相連用于將上下兩個(gè)分支光束進(jìn)行合束，并輸出兩路輸出中的任意一路。

優(yōu)選的，所述螺旋相位板提供的特征參量“拓?fù)浜蓴?shù)”可改變。

優(yōu)選的，所述相位調(diào)制器的等效相位延遲可設(shè)置。

優(yōu)選的，所述第二反射鏡與所述相位調(diào)制器之間連接有第二螺旋相位板。

優(yōu)選的，所述相位調(diào)制器為電調(diào)制型。

一種基于渦旋光束的光斑形狀調(diào)制方法，包括：

工作于連續(xù)狀態(tài)或脈沖工作狀態(tài)的激光器發(fā)出激光光束，通過(guò)光分束器，分為上下兩個(gè)分支光束；

上分支光束經(jīng)過(guò)螺旋相位板，橫向光電場(chǎng)的相位得到螺旋型相位結(jié)構(gòu)，輸出渦旋光束，其特征參量“拓?fù)浜蓴?shù)”由螺旋相位板決定；所述渦旋光束經(jīng)過(guò)第一反射鏡將光路進(jìn)行轉(zhuǎn)向輸出給光合束器；

下分支光束經(jīng)過(guò)第二反射鏡將光路進(jìn)行轉(zhuǎn)向；再經(jīng)相位調(diào)制器，相位延遲得到調(diào)制，并輸出給光合束器；

上下兩個(gè)分支光束在光合束器匯合，經(jīng)過(guò)后有兩路輸出，取其中任意一路輸出，該輸出的合成光束就是具備光斑形狀調(diào)制的光束。

優(yōu)選的，所述螺旋相位板提供的特征參量“拓?fù)浜蓴?shù)”可改變。

優(yōu)選的，所述相位調(diào)制器的等效相位延遲可設(shè)置。

優(yōu)選的，所述第二反射鏡與所述相位調(diào)制器之間連接有第二螺旋相位板。

優(yōu)選的，所述相位調(diào)制器為電調(diào)制型。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明能夠靈活地改變光斑的基本形狀；

2、本發(fā)明能夠方便地獲得更多光斑形狀；

3、當(dāng)激光器工作于連續(xù)狀態(tài)時(shí)，本發(fā)明可以拓展為光通信系統(tǒng)的發(fā)射端，系統(tǒng)的通信速度將大大提高；

4、當(dāng)激光器工作于脈沖狀態(tài)時(shí)，針對(duì)依次序列的光脈沖，可以通過(guò)調(diào)節(jié)相位調(diào)制器，賦予各個(gè)脈沖不同的光斑形狀，在激光加工中實(shí)現(xiàn)“動(dòng)態(tài)”激光加工。

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的一種基于渦旋光束的光斑形狀調(diào)制系統(tǒng)及方法不局限于實(shí)施例。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的光斑形狀參考圖。

附圖標(biāo)記：1、激光器，2、光分束器，3、第一螺旋相位板，4、第一反射鏡，5、第二反射鏡，6、相位調(diào)制器，7、光合束器。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參見(jiàn)圖1所示，一種基于渦旋光束的光斑形狀調(diào)制系統(tǒng)，包括：激光器1、光分束器2、第一螺旋相位板3、第一反射鏡4、第二反射鏡5、相位調(diào)制器6和光合束器7；所述光分束器2與所述激光器1相連用于接收所述激光器1發(fā)出激光光束，將所述激光光束按照比例分配與上下兩個(gè)分支光束；所述螺旋相位板3與所述光分束器2相連用于接收所述光分束器2產(chǎn)生的上分支光束，將橫向光電場(chǎng)進(jìn)行螺旋形相位改變獲得渦旋光束；所述第一反射鏡4與所述螺旋相位板3相連用于將所述渦旋光束進(jìn)行轉(zhuǎn)向；所述第二反射鏡5與所述光分束器2相連用于將所述光分束器2產(chǎn)生的下分支光束進(jìn)行轉(zhuǎn)向；所述相位調(diào)制器6與所述第二反射鏡5相連用于改變所述下分支光束的相位延遲；所述光合束器7與所述第一反射鏡4和所述相位調(diào)制器6的輸出分別相連用于將上下兩個(gè)分支光束進(jìn)行合束，并輸出兩路輸出中的任意一路，其中兩路的輸出是一樣的。

一種基于渦旋光束的光斑形狀調(diào)制方法，包括：

工作于連續(xù)狀態(tài)或脈沖工作狀態(tài)的激光器1發(fā)出激光光束，通過(guò)光分束器2，分為上下兩個(gè)分支光束；

上分支光束經(jīng)過(guò)螺旋相位板3，橫向光電場(chǎng)的相位得到螺旋型相位結(jié)構(gòu)，輸出渦旋光束，其特征參量“拓?fù)浜蓴?shù)”由螺旋相位板3決定；所述渦旋光束經(jīng)過(guò)第一反射鏡4將光路進(jìn)行轉(zhuǎn)向輸出給光合束器7；

下分支光束經(jīng)過(guò)第二反射鏡5將光路進(jìn)行轉(zhuǎn)向；再經(jīng)相位調(diào)制器6，相位延遲得到調(diào)制，并輸出給光合束器7；

上下兩個(gè)分支光束在光合束器7匯合，經(jīng)過(guò)7后有兩路輸出，取其中任意一路輸出，該輸出的合成光束就是具備光斑形狀調(diào)制的光束。

如下為光斑形狀調(diào)制過(guò)程的說(shuō)明：

假設(shè)螺旋相位板3提供的特征參量“拓?fù)浜蓴?shù)”等于3，在此基礎(chǔ)上，將相位調(diào)制器6的等效相位延遲分別設(shè)置為四種情況：0，π/12,π/6,π/2,那么在光合束器7輸出端分別可以獲得如圖2所示的四種不同形狀的光斑。

圖2中光斑的基本形狀類似，都含有3個(gè)亮斑以及4個(gè)暗斑，這個(gè)共同之處可以成為光斑的基本形狀，差異在于亮斑與暗斑的分布位置。

一實(shí)施例之中，如果將螺旋相位板3進(jìn)行更換，其提供的特征參量“拓?fù)浜蓴?shù)”可以改變，在光合束器7輸出端，光斑的基本形狀可以改變(多個(gè)花瓣形狀的光斑)。

一實(shí)施例之中，如果下分支中，相位調(diào)制器6的前面插入一個(gè)螺旋相位板，在光合束器7輸出端，光斑的基本形狀可以更加靈活改變。

一實(shí)施例之中，相位調(diào)制器6可以為很多種類型，以電調(diào)制型為例，調(diào)制電壓不同，獲得的相位延遲不同，則對(duì)應(yīng)的光斑形狀(亮斑與暗斑的分布位置)更多。

一實(shí)施例之中，如果激光器工作于連續(xù)狀態(tài)，本發(fā)明系統(tǒng)可以拓展為光通信系統(tǒng)的發(fā)射端。以相位調(diào)制器6為電調(diào)制型為例說(shuō)明，在圖2中，一個(gè)調(diào)制電壓，對(duì)應(yīng)四種光斑，可以表示兩個(gè)比特位，如果更換螺旋相位板3，用來(lái)配合相位調(diào)制器6，以便獲得n種光斑，那么，一個(gè)調(diào)制電壓，對(duì)應(yīng)log2n個(gè)比特位，系統(tǒng)的通信速度提高到log2n倍。

一實(shí)施例之中，光合束器7的輸出端，光斑的基本形狀(亮斑與暗斑的分布位置)可以連續(xù)改變，以相位調(diào)制器6為電調(diào)制型為例說(shuō)明，只需要連續(xù)周期性改變調(diào)制電壓即可。這種情況下，連續(xù)改變的光斑形狀有望獲得新的應(yīng)用。

一實(shí)施例之中，如果激光器工作于脈沖狀態(tài)，針對(duì)依次序列的光脈沖，可以通過(guò)調(diào)節(jié)相位調(diào)制器6，賦予各個(gè)脈沖不同的光斑形狀，在激光加工中實(shí)現(xiàn)“動(dòng)態(tài)”激光加工。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。