[发明专利]基于高阶相位的宽视场激光信号收入光纤装置及方法

说明书

本公开提供了一种基于高阶相位的宽视场激光信号收入光纤装置及方法，该装置设置于光学系统馈源处，包括转换器件和目标光纤，其中，宽视场的激光信号通过转换器件在空间插入高阶相位后，收入至所述目标光纤中，其中，高阶相位为二阶及二阶以上相位。基于该装置进一步提供了一种基于高阶相位的宽视场激光信号收入光纤方法。本公开对激光信号在空间插入高阶相位，使宽视场激光信号被收入目标光纤，实现波束展宽功能。

技术领域

本公开涉及激光信号收入光纤技术领域，尤其涉及一种基于高阶相位的宽视场激光信号收入光纤装置及方法。

背景技术

在采用光纤混频的相干体制激光雷达，特别是合成孔径激光雷达中，扩大瞬时观测视场具有重要意义。

现阶段激光雷达多采用面阵或线阵探测器的接收方式扩大接收视场，这种接收方式具备高的空间角分辨率，但由于需使用光电探测器阵列和多个通道信号处理，数据量较大，若用于和本振的外差相干探测，则技术实现难度很大。

合成孔径激光雷达(SAL)不要求具有高的空间角分辨率，具备采用一个光电探测器或少量探测器实现宽视场激光信号接收的使用条件。若激光信号能被收入光纤，则SAL相干探测所需的混频及后续信号处理在结构实现上较为简单。由于光纤的数值孔径较小，从几何光学的角度考虑，通常认为在宽视场条件下将激光信号收入光纤比较困难。对SAL，其相干探测需利用单模保偏光纤实现，单模保偏光纤的数值孔径更小，在宽视场条件下将激光信号收入光纤难度更大。解决上述问题需要提出新的技术途径。

近年来，激光相控阵技术发展迅速，其主要被应用于图像快速扫描，多通道光通信，波束形状控制，多波束形成以及超大孔径超高功率激光输出等。目前，光纤相控阵技术方案的分类主要依据其所选用的材料，包括LiNbO₃，PLZT，A1GaAs波导和LC液晶等。和微波相控阵天线类似，激光相控阵可被直接用于光学系统馈源处以实现大视场激光信号收入光纤，但是目前该技术仍处于发展阶段，尚不能满足实际工程应用的需要，主要原因是目前主流的光学相控阵器件不能兼备快速响应和低电压工作需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种基于高阶相位的宽视场激光信号收入光纤装置及方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种基于高阶相位的宽视场激光信号收入光纤装置，设置于光学系统馈源处，包括转换器件和目标光纤，其中，宽视场的激光信号通过转换器件在空间插入高阶相位后，收入至目标光纤中，其中，高阶相位为二阶及二阶以上相位。

在本公开的一些实施例中，转换器件为带有移相器的一维纳米光波导阵列，激光信号通过所述一维纳米光波导阵列传输，并经移相器进行高阶相位调制后，收入至目标光纤。

在本公开的一些实施例中，转换器件为空间高阶相位形成器件和一维纳米光波导阵列的组合或者空间高阶相位形成器件和光纤准直器的组合，激光信号经空间高阶相位形成器件进行高阶相位调制后，通过一维纳米光波导阵列或者光纤准直器收入至目标光纤。

在本公开的一些实施例中，空间高阶相位形成器件包括高阶相位透镜、相位型空间光调制器或者二元光学器件。

在本公开的一些实施例中，空间高阶相位形成器件可和光纤准直器进行一体化集成设计，实现波前控制。

根据本公开的另一个方面，提供了一种基于高阶相位的宽视场激光信号收入光纤方法，包括：在光学系统馈源处设置宽视场的自由空间到目标光纤的转换器件，通过转换器件对激光信号在空间插入高阶相位，以使宽视场激光信号被收入目标光纤，其中，高阶相位为二阶及二阶以上相位。

在本公开的一些实施例中，转换器件为带有移相器的一维纳米光波导阵列，激光信号通过一维纳米光波导阵列传输，并经移相器进行高阶相位调制后，收入至目标光纤；或者