[发明专利]实现轨道角动量光束模式切换的相位控制系统及方法

权利要求书

1.实现轨道角动量光束模式切换的相位控制系统，其特征在于：子激光产生单元、相位调制器、级联光纤放大器、准直器阵列、高反射镜、4-F成像系统、空间光相位调制器、透镜、光电探测器阵列和相位控制器；

子激光产生单元产生n束子激光；n路子激光分别对应一路子激光路径，各路子激光路径上依次设有相位调制器、级联光纤放大器和准直器，n个准直器按照圆环形阵列排布形成准直器阵列；准直器阵列输出的相干光纤激光阵列入射到高反射镜，高反射镜的透射输出光路上依次设有4-F成像系统、空间光相位调制器、透镜和光电探测器阵列，空间光相位调制器加载有复杂相位板，光电探测器阵列中的各光电探测器前均安装有小孔光阑，光电探测器阵列与相位控制器连接，将探测到的光强信号转换为电信号传输至相位控制器，相位控制器处理接收到的电信号，并对各路子激光路径中的相位调制器施加对应的相位控制电压，实现系统的闭环相位控制；空间光相位调制器加载复杂相位板表达式为：

其中，ψ为空间光相位调制器平面的角向坐标，N为相干光纤激光阵列产生轨道角动量光束的可切换模式数量，l_m为第m个模式的轨道角动量模式阶数，k为波数，α_m和β_m为轨道角动量模式阶数为l_m的轨道角动量光束经过加载复杂相位板的空间光相位调制器后的水平方向衍射角和垂直方向衍射角。

2.根据权利要求1所述的实现轨道角动量光束模式切换的相位控制系统，其特征在于：所述子激光产生单元包括种子源，预放大器和光纤分束器，种子源输出的激光经预放大器放大后通过光纤分束器分束为n束子激光。

3.根据权利要求1所述的实现轨道角动量光束模式切换的相位控制系统，其特征在于：n路子激光分别在其对应的子激光路径中经过相位调制器进行相位调控，并通过级联光纤放大器进一步提升功率，并由准直器阵列在发射面输出相干光纤激光阵列。

4.根据权利要求1所述的实现轨道角动量光束模式切换的相位控制系统，其特征在于：相干光纤激光阵列经过高反射镜分为两部分，其中高功率的反射光束作为整个系统的输出光束，低功率的透射光束经过4-F成像系统进行空间滤波，并由位于4-F成像系统其第二个透镜后焦平面的空间光相位调制器进行相位调制，经过空间光相位调制器相位调制的输出激光通过透镜后被光电探测器阵列采集。

5.根据权利要求1所述的实现轨道角动量光束模式切换的相位控制系统，其特征在于：所述准直器阵列包含N_circ个圆环形子阵列，每个圆环形子阵列上的准直器沿角向均匀排布，N_circ个圆环形子阵列中所有的准直器的总数目为n个。

6.根据权利要求1所述的实现轨道角动量光束模式切换的相位控制系统，光电探测器阵列中光电探测器的数目与轨道角动量光束的可切换模式数量相同，光电探测器阵列的排布形式按照一维直线排布、二维正方形、圆形或者正六边形排布。