[发明专利]一种在多模光纤中实现彩色光定点传输的光场合成方法

说明书

本发明涉及光场调控技术领域，更具体地，涉及一种在多模光纤中实现彩色光定点传输的光场合成方法。本发明首先对红、绿、蓝三种单色光通过多模光纤形成的散斑利用反馈式的波前整形技术实现散斑的聚焦。基于不同波长的单色光在多模光纤中的去相关性，对聚焦光斑的电场进行不同比例的叠加，可实现任意彩色光的合成。该电场叠加方法在输出彩色光的效率上优于现有的对相位掩膜进行空间分割的方法。本发明能够解决激光通过多模光纤后形成杂乱的散斑而造成成像分辨率低的问题，并在实现彩色光定点传输上提出了效率更高的光场合成算法，对生物组织彩色成像的探索具有重要意义。

技术领域

本发明涉及光场调控技术领域，更具体地，涉及一种在多模光纤中实现彩色光定点传输的光场合成方法。

背景技术

多模光纤能够远距离甚至绕过障碍物传输丰富的信息，因此在光通信和生物光子学中起着至关重要的作用。然而，不同光模之间的通道间串扰总是存在的，导致在光纤的末端出现随机的散斑图案。由于这一现象，在实际应用中只使用透射光的总功率，如光通信中的开/关信号，内镜中的荧光灯。遗憾的是，由于模型置乱，在各种光学模式中嵌入的丰富信息很少被提取和利用。虽然人们已经做了大量的工作来利用数字信号处理来解调这些光模态，但是这些算法只适用于少数模态光纤。

基于不同单色光的波长在散射介质中的去相关性，多种色光照明的实时数字全息图能够有效记录复杂物理量的变化信息，多光谱成像的研究对于综合多种色光照明下的数字全息检测具有重要意义。

现有技术利用空间光调制器对相位掩膜进行空间分割来合成彩色光的方法在输出的彩色光效率上较低。且进一步的研究探索了利用对应的纯相位全息图的复杂叠加实现多模光纤的多目标生成，但利用对应的纯相位全息图的场叠加实现多模光纤的多色光生成的研究较少。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中的缺陷，提供一种在多模光纤中实现彩色光定点传输的光场合成方法，能够解决激光通过多模光纤后形成杂乱的散斑而造成成像分辨率低的问题，并在实现彩色光定点传输上提出了效率更高的光场合成算法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种在多模光纤中实现彩色光定点传输的光场合成方法，包括以下步骤：

S1.基于反馈式的波前整形技术，采用哈达码编码算法HEA，首先构建一组从低频到高频的哈达玛基，随后将哈达玛基加载到空间光调制器上，分别加载0，π/2，π，3π/2四个相位，计算公式如下：

式中，H_n(k)为由+1和-1元素构成的哈达玛(Hadamard)矩阵(n＝1，2，...，1024)，ψ_n-1(k)是当前n-1阶最优相位掩膜，mπ/2是移相操作符；

S2.根据S1步骤的计算，(H_n(k)+1)/2将H_n(k)中的“+1”和“-1”元素变换成“+1”和“0”，通过该转换，只有当“+1”时是空间光调制器发生调制，当“0”时被固定到零相位作为参考，因此H_n(k)每次通过调节一半的矩阵来改变空间光调制器上的相位值，此时光强度值为：

式中，E_n-1，opt(j)为未被调制光包含n-1阶的最优化电场，E_n，mod(j)为调制光需要的n阶优化电场，t(j，k)代表光束经多模光纤后的传输矩阵；

S3.通过相移来求解滞后角：φ_n＝Arg[(I_n，1(j)-I_n，3(j))+i(I_n，2(j)-I_n，4(j))]；