RU2804262C1 - Method for amplitude, phase and polarization control in phased array of fibre amplifiers and control of distributed state of intensity, wave front and polarization of synthesized beam in the far optical field and device for its implementation - Google Patents
Method for amplitude, phase and polarization control in phased array of fibre amplifiers and control of distributed state of intensity, wave front and polarization of synthesized beam in the far optical field and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2804262C1 RU2804262C1 RU2023112414A RU2023112414A RU2804262C1 RU 2804262 C1 RU2804262 C1 RU 2804262C1 RU 2023112414 A RU2023112414 A RU 2023112414A RU 2023112414 A RU2023112414 A RU 2023112414A RU 2804262 C1 RU2804262 C1 RU 2804262C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polarization
- phase
- channel
- optical
- radiation
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Изобретение относится к лазерной технике и волоконной оптике и может быть использовано для создания систем передачи световой энергии через свободное пространство, беспроводной оптической связи и криптографии, лазерной обработки материалов. Изобретение может найти применение в различных областях техники, где требуются лазерные пучки с неоднородными распределениями интенсивности, волнового фронта и поляризации и управление этими распределениями.The invention relates to laser technology and fiber optics and can be used to create systems for transmitting light energy through free space, wireless optical communications and cryptography, and laser processing of materials. The invention can find application in various fields of technology where laser beams with non-uniform intensity, wavefront and polarization distributions and control of these distributions are required.
Предлагаемые способ и устройство основаны на принципах построения оптических фазированных решеток, контроля поляризации и адаптивной оптики.The proposed method and device are based on the principles of optical phased arrays, polarization control and adaptive optics.
Системы оптических фазированных решеток, как правило, используются для когерентного суммирования лазерных пучков с однонаправленной поляризацией с целью достижения максимальной плотности мощности в дальнем поле и являются предметом ряда российских и зарубежных патентов (US8548017 B1, US7058098 B1, US7187492, RU2470334, RU2488862). Все эти патенты отличаются главным образом способами организации цепи обратной связи, для выделения сигнала, управляющего фазирующими элементами, регулирующими текущие фазы отдельных элементов в решетке, с целью приведения всех элементов в решетке в состояние с одинаковыми фазами, а также наличием или отсутствием опорного канала.Optical phased array systems are typically used to coherently sum unidirectionally polarized laser beams to achieve maximum far-field power density and are the subject of a number of Russian and foreign patents (US8548017 B1, US7058098 B1, US7187492, RU2470334, RU2488862). All of these patents differ mainly in the way they organize a feedback circuit to isolate a signal that controls the phasing elements that regulate the current phases of individual elements in the array, with the goal of bringing all elements in the array into a state with the same phases, as well as the presence or absence of a reference channel.
В ряде патентов для достижения софазной однонаправленной поляризации в решетке неполяризованных усилителей используются принципы непрерывного контроля состояния поляризации в цепи обратной связи, использующей наряду с фазирующими элементами для приведения всех каналов излучения в софазное состояние, контроллеры поляризации, регулирующие текущее состояние поляризации в отдельных каналах решетки с целью приведения всех каналов излучения в состояние с однонаправленной поляризацией (US6317257 B1, US8922771 B2, US8922772 B2, WO2015023335). В этих патентах обязательным является наличие опорного линейно поляризованного пучка, задающего направление поляризации, общее для всех пучков решетки и отсутствует возможность управления поляризационным состоянием синтезированного пучка.In a number of patents, to achieve co-phase unidirectional polarization in an array of non-polarized amplifiers, the principles of continuous monitoring of the polarization state in the feedback circuit are used, which, along with phasing elements to bring all radiation channels into a co-phase state, uses polarization controllers that regulate the current state of polarization in individual array channels in order to bringing all radiation channels into a state with unidirectional polarization (US6317257 B1, US8922771 B2, US8922772 B2, WO2015023335). In these patents, the presence of a reference linearly polarized beam is required, which sets the direction of polarization, common to all beams of the grating, and there is no possibility of controlling the polarization state of the synthesized beam.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является патент РФ №2716887 «Способ формирования лазерного пучка с произвольно заданным распределением интенсивности в дальнем оптическом поле и устройство его реализации». В данном патенте предлагается метод и устройство для формирования в дальнем оптическом поле пучка, синтезированного решеткой волоконных усилителей с управляемым распределением интенсивности путем управления фазой и амплитудой каждого отдельного пучка (субпучка) в решетке. Недостатком данного способа является требование, чтобы все субпучки в исходном состоянии обладали однонаправленной линейной поляризацией, что не позволяет формировать пучки с управляемой поляризационной структурой.The closest to the claimed invention is RF patent No. 2716887 “Method of forming a laser beam with an arbitrarily specified intensity distribution in the far optical field and a device for its implementation.” This patent proposes a method and device for forming in the far optical field a beam synthesized by an array of fiber amplifiers with a controlled intensity distribution by controlling the phase and amplitude of each individual beam (subbeam) in the array. The disadvantage of this method is the requirement that all subbeams in the initial state have unidirectional linear polarization, which does not allow the formation of beams with a controlled polarization structure.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение состоит в создании способа амплитудного, фазового и поляризационного контроля в фазированной решетке волоконных усилителей и управления распределенным состоянием интенсивности, волнового фронта и поляризации синтезированного пучка в дальнем оптическом поле и устройства его реализации.The problem to be solved by the claimed invention is to create a method for amplitude, phase and polarization control in a phased array of fiber amplifiers and control of the distributed state of intensity, wavefront and polarization of a synthesized beam in the far optical field and a device for its implementation.
Технический результат заключается в формировании синтезированного пучка с управляемой структурой интенсивности, волнового фронта и поляризации, путем независимого управления амплитудой, фазой и направлением линейной поляризации отдельных пучков в решетке волоконных усилителей.The technical result consists in the formation of a synthesized beam with a controlled structure of intensity, wavefront and polarization, by independently controlling the amplitude, phase and direction of linear polarization of individual beams in an array of fiber amplifiers.
Устройство содержит когерентный источник линейно поляризованного излучения, который делится делителем излучения на N каналов равной мощности. Каждый канал связан последовательно с оптическим фазосдвигающим элементом (модулятором фазы), регулирующим фазу оптической волны, контроллером поляризации, регулирующем состояние поляризации оптической волны, усилителем мощности с регулируемым усилением на основе активного волокна, не поддерживающего состояние поляризации, и имеет на выходе оптический коллиматор. Все N оптических коллиматоров располагаются в узлах решетки и настраиваются так, чтобы оптические оси выходящих пучков были параллельны друг другу, формируя решетку пучков (субпучков), малая часть излучения которых отводится с помощью светоделительной пластины для формирования каналов обратной связи, а оставшаяся часть излучения распространяется в заданном направлении, формируя синтезированный пучок в дальнем оптическом поле, образующийся в результате дифракционного перекрытия и интерференции субпучков. Часть излучения, которая используется для формирования обратной связи, в свою очередь делится пополам с помощью второй светоделительной пластины, образуя два канала обратной связи.The device contains a coherent source of linearly polarized radiation, which is divided by a radiation divider into N channels of equal power. Each channel is connected in series with an optical phase-shifting element (phase modulator) that regulates the phase of the optical wave, a polarization controller that regulates the polarization state of the optical wave, a power amplifier with controlled gain based on an active fiber that does not maintain the polarization state, and has an optical collimator at the output. All N optical collimators are located at the lattice nodes and are adjusted so that the optical axes of the output beams are parallel to each other, forming a lattice of beams (subbeams), a small part of the radiation of which is removed using a beam splitter to form feedback channels, and the remaining part of the radiation propagates in in a given direction, forming a synthesized beam in the far optical field, resulting from diffraction overlap and interference of subbeams. The part of the radiation that is used to generate feedback is in turn divided in half by a second beam splitter, forming two feedback channels.
Первый канал обратной связи содержит фазоформирующий элемент, после прохождения через который или отражения от которого каждый субпучок приобретает индивидуальный дополнительный фазовый сдвиг, такой величины, чтобы разность фаз между данным субпучком и любым другим субпучком решетки соответствовала заданной разности фаз, и фокусирующую линзу, собирающую все субпучки в фокальной плоскости, где расположен фотодетектор, поле зрения которого ограничено малой диафрагмой и сигнал которого поступает на N-канальный оптимизирующий процессор управления фазой, работающий в соответствии с алгоритмом поиска глобального максимума/минимума (стохастической оптимизации) и управляющий фазосдвигающими элементами так, что все субпучки в плоскости фотодетектора оказываются сфазированными, а разности фаз между субпучками в дальней зоне принимают требуемые значения противоположные, задаваемым на фазоформирующем элементе значениям дополнительного фазового сдвига, формируя распределение интенсивности и волновой фронт синтезированного пучка.The first feedback channel contains a phase-forming element, after passing through or reflecting from which each subbeam acquires an individual additional phase shift of such a magnitude that the phase difference between this subbeam and any other subbeam of the grating corresponds to a given phase difference, and a focusing lens that collects all subbeams in the focal plane, where a photodetector is located, the field of view of which is limited by a small aperture and the signal of which is fed to an N -channel optimizing phase control processor, operating in accordance with the global maximum/minimum search algorithm (stochastic optimization) and controlling the phase-shifting elements so that all subbeams in the plane of the photodetector turn out to be in phase, and the phase differences between the subbeams in the far zone take on the required values opposite to the values of the additional phase shift specified on the phase-forming element, forming the intensity distribution and wavefront of the synthesized beam.
Второй канал обратной связи содержит управляемый N-канальный вращатель поляризации, в результате прохождения через который, каждый субпучок решетки поворачивает направление своей линейной поляризации на угол, равный заданному с противоположным знаком, линейный поляризатор, который определяет единственное, заданное для всех субпучков во втором канале обратной связи направление линейной поляризации и решетку фокусирующих линз, соответствующую решетке субпучков так, что каждый субпучок фокусируется в свою фокальную точку, где расположен фотоприемник, соответствующий данному субпучку. Мощность излучения, регистрируемая фотоприемником, достигнет своего максимально возможного значения, когда направление линейной поляризации субпучка, прошедшего через вращатель поляризации совпадет с направлением оптической оси линейного поляризатора. Сигналы фотоприемников поступают на N-канальный оптимизирующий процессор поляризации, в котором каждому субпучку соответствует свой канал оптимизирующего процессора, работающий в соответствии с принципом стохастической оптимизации и генерирующий управляющие напряжения для соответствующего контроллера поляризации, который формирует состояние оптической поляризации субпучка, соответствующее максимально возможному уровню сигнала фотоприемника. При этом каждый субпучок решетки приобретает свое требуемое направление линейной поляризации.The second feedback channel contains a controlled N -channel polarization rotator, as a result of passing through which, each subbeam of the grating rotates the direction of its linear polarization by an angle equal to the specified one with the opposite sign, a linear polarizer that determines the unique one specified for all subbeams in the second feedback channel connection between the direction of linear polarization and an array of focusing lenses corresponding to the array of subbeams so that each subbeam is focused to its focal point, where the photodetector corresponding to this subbeam is located. The radiation power recorded by the photodetector will reach its maximum possible value when the direction of linear polarization of the subbeam passing through the polarization rotator coincides with the direction of the optical axis of the linear polarizer. Photodetector signals are fed to an N -channel optimizing polarization processor, in which each subbeam corresponds to its own channel of the optimizing processor, operating in accordance with the principle of stochastic optimization and generating control voltages for the corresponding polarization controller, which generates the state of the optical polarization of the subbeam corresponding to the maximum possible level of the photodetector signal . In this case, each subbeam of the grating acquires its required direction of linear polarization.
Управление амплитудой субпучков осуществляется усилителями мощности с регулируемым усилением, которые расположены после модуляторов фазы и контроллеров поляризации.The amplitude of the subbeams is controlled by power amplifiers with adjustable gain, which are located after the phase modulators and polarization controllers.
Таким образом, осуществляется независимое управление фазой, направлением линейной поляризации и амплитудой субпучков решетки, совместное действие которых приводит к формированию в дальнем оптическом поле синтезированного пучка с заданным неоднородным распределением интенсивности, волнового фронта и поляризации в поперечном сечении.Thus, the phase, direction of linear polarization and amplitude of the grating subbeams are independently controlled, the joint action of which leads to the formation in the far optical field of a synthesized beam with a given non-uniform distribution of intensity, wave front and polarization in the cross section.
В отличие от прототипа:Unlike the prototype:
- между фазосдвигающим элементом (фазовым модулятором) и волоконным усилителем в каждом канале размещается контроллер поляризации, который приводит случайную поляризацию субпучка на выходе из волоконного усилителя в управляемое состояние линейной поляризации;- between the phase-shifting element (phase modulator) and the fiber amplifier in each channel there is a polarization controller, which brings the random polarization of the subbeam at the output of the fiber amplifier into a controlled state of linear polarization;
- волоконные усилители содержат активное волокно, не поддерживающее состояние поляризации; - fiber amplifiers contain an active fiber that does not maintain a polarization state;
- часть излучения, которая используется для формирования обратной связи делится пополам с помощью второй светоделительной пластины, образуя второй канал обратной связи, где размещен N-канальный управляемый вращатель поляризации, который поворачивает направление поляризации каждого субпучка независимо от других субпучков на угол, равный требуемому, с противоположным знаком;- part of the radiation that is used to generate feedback is divided in half using the second beam splitter plate, forming a second feedback channel, where an N -channel controlled polarization rotator is located, which rotates the polarization direction of each subbeam independently of other subbeams by an angle equal to the required one, with opposite sign;
- все субпучки после вращателя поляризации падают на линейный поляризатор, который определяет единственное, заданное для всех субпучков во втором канале обратной связи направление линейной поляризации и решетку из N фокусирующих линз, соответствующую решетке субпучков так, что каждый субпучок фокусируется на фотоприемник, соответствующий данному субпучку.- all subbeams after the polarization rotator fall on a linear polarizer, which determines the only direction of linear polarization specified for all subbeams in the second feedback channel and an array of N focusing lenses corresponding to the array of subbeams so that each subbeam is focused on a photodetector corresponding to a given subbeam.
В результате внесенных отличий мощность излучения, регистрируемая отдельным фотоприемником, достигнет своего максимально возможного значения, когда направление линейной поляризации субпучка, прошедшего через вращатель поляризации совпадет с направлением оси линейного поляризатора. Сигналы фотоприемников поступают на N-канальный оптимизирующий процессор поляризации, в котором каждому субпучку соответствует свой канал оптимизирующего процессора, работающий в соответствии с принципом стохастической оптимизации и генерирующий управляющие напряжения для соответствующего контроллера поляризации, который формирует состояние оптической поляризации субпучка, соответствующее максимально возможному уровню сигнала фотоприемника. При этом каждый субпучок решетки приобретает требуемое направление линейной поляризации.As a result of the introduced differences, the radiation power recorded by a separate photodetector will reach its maximum possible value when the direction of linear polarization of the subbeam passing through the polarization rotator coincides with the direction of the axis of the linear polarizer. Photodetector signals are fed to an N -channel optimizing polarization processor, in which each subbeam corresponds to its own channel of the optimizing processor, operating in accordance with the principle of stochastic optimization and generating control voltages for the corresponding polarization controller, which generates the state of the optical polarization of the subbeam corresponding to the maximum possible level of the photodetector signal . In this case, each subbeam of the grating acquires the required direction of linear polarization.
Относительные амплитуды (значения мощности) каждого субпучка задается в соответствии с требуемыми значениями путем регулировки мощности соответствующих волоконных усилителей.The relative amplitudes (power values) of each sub-beam are set to the required values by adjusting the power of the corresponding fiber amplifiers.
Таким образом, осуществляется независимое управление разностью фаз, направлением линейной поляризации и амплитудой субпучков решетки, совместное действие которых в результате дифракционного перекрытия и интерференции пучков приводит к формированию в дальнем оптическом поле синтезированного пучка с требуемым неоднородным распределением интенсивности, волнового фронта и поляризации в поперечном сечении.Thus, independent control of the phase difference, the direction of linear polarization and the amplitude of the grating subbeams is carried out, the joint action of which, as a result of diffraction overlap and beam interference, leads to the formation in the far optical field of a synthesized beam with the required non-uniform distribution of intensity, wave front and polarization in the cross section.
Следует отметить, что в результате управления фазой и поляризацией в соответствие с алгоритмом стохастической оптимизации, все флуктуации фазы, вызванные тепловыми, механическими и акустическими флуктуациями показателя преломления будут синхронизированы во времени, а все изменения поляризации, вызванные тепловыми, механическими и акустическими флуктуациями двулучепреломления, свойственные волоконным системам будут скомпенсированы, как это происходит в системах когерентного сложения пучков неполяризованных усилителей и системах непрерывного поляризационного контроля.It should be noted that as a result of controlling the phase and polarization in accordance with the stochastic optimization algorithm, all phase fluctuations caused by thermal, mechanical and acoustic fluctuations of the refractive index will be synchronized in time, and all polarization changes caused by thermal, mechanical and acoustic fluctuations of the birefringence inherent fiber systems will be compensated, as happens in coherent beam combining systems of non-polarized amplifiers and continuous polarization control systems.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в получении оптического пучка с управляемым распределением интенсивности, волнового фронта и поляризации в дальнем оптическом поле посредством формирования синтезированного пучка, образующегося в результате дифракционного перекрытия и интерференции N гауссовых пучков, образующих решетку пучков (субпучков), путем управления амплитудой субпучков, разностью фаз между субпучками и направлением линейной поляризации субпучков.The technical result achieved by implementing the claimed invention is to obtain an optical beam with a controlled distribution of intensity, wavefront and polarization in the far optical field through the formation of a synthesized beam resulting from diffraction overlap and interference of N Gaussian beams forming a lattice of beams (subbeams), by controlling the amplitude of the subbeams, the phase difference between the subbeams and the direction of linear polarization of the subbeams.
Преимуществом заявляемого способа является то, что в отличие от известных способов, формирующих синтезированные пучки с однонаправленной поляризацией, предлагаемый способ позволяет формировать пучки с управляемым распределением поляризации в поперечном сечении пучка.The advantage of the proposed method is that, unlike known methods that form synthesized beams with unidirectional polarization, the proposed method allows the formation of beams with a controlled polarization distribution in the cross section of the beam.
Новым для способа является:New to the method is:
- управление направлением линейной поляризации отдельных субпучков, составляющих синтезированную апертуру, в результате размещения в цепи обратной связи N-канального управляемого вращателя поляризации, в результате работы которого, направление поляризации в каждом канале становится соответствующим требуемому направлению поляризации;- control of the direction of linear polarization of individual subbeams that make up the synthesized aperture, as a result of placing an N -channel controlled polarization rotator in the feedback circuit, as a result of which the polarization direction in each channel becomes corresponding to the required polarization direction;
- формирование синтезированного пучка с управляемыми распределениями интенсивности, волнового фронта и поляризации в поперечном сечении пучка в дальнем оптическом поле в результате совместного действия независимо управляемых амплитуды, разности фаз между субпучками и направления линейной поляризации субпучков решетки.- formation of a synthesized beam with controlled distributions of intensity, wavefront and polarization in the cross section of the beam in the far optical field as a result of the joint action of independently controlled amplitude, phase difference between subbeams and direction of linear polarization of the grating subbeams.
Одним из вариантов заявляемого способа является способ управления углом направления однородной линейной поляризации синтезированного пучка, сформированного решеткой пучков с однонаправленной поляризацией.One of the variants of the proposed method is a method for controlling the direction angle of uniform linear polarization of a synthesized beam formed by an array of beams with unidirectional polarization.
Новым для устройства является:New to the device are:
- наличие второго канала обратной связи;- presence of a second feedback channel;
- наличие N-канального управляемого вращателя поляризации, расположенного в цепи обратной связи, использующей малую долю мощности, генерируемой синтезированной апертурой, что позволяет масштабировать мощность генерируемого лазерного пучка.- the presence of an N -channel controlled polarization rotator located in the feedback circuit, using a small fraction of the power generated by the synthesized aperture, which allows scaling the power of the generated laser beam.
В одном из вариантов заявляемого устройства в качестве N-канального управляемого вращателя поляризации используется система, состоящая из двух четверть волновых пластин, главные оси которых ортогональны друг другу и расположенного между ними фазового пространственного модулятора света, работающего на пропускание, ориентированного под углом 45 градусов относительно главных осей четверть волновых пластин, и действие которого организовано таким образом, что каждому субпучку в решетке соответствует своя область пикселей на дисплее пространственного модулятора света.In one of the variants of the proposed device, a system consisting of two quarter wave plates, the main axes of which are orthogonal to each other, and a phase spatial light modulator located between them, operating on transmission, oriented at an angle of 45 degrees relative to the main ones, is used as an N- channel controlled polarization rotator axes of a quarter of the wave plates, and the action of which is organized in such a way that each subbeam in the array corresponds to its own area of pixels on the display of the spatial light modulator.
В одном из вариантов заявляемого устройства вместо пространственного модулятора света установлен секционированный или наборный жидкокристаллический замедлитель (ретардер).In one of the variants of the proposed device, instead of a spatial light modulator, a sectioned or stacked liquid crystal retarder (retarder) is installed.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами.The invention is illustrated by graphic materials.
Описание работы устройства приведено на примере синтезированной апертуры, состоящей из гексагональной решетки близко расположенных друг к другу 6 субапертур (волоконных коллиматоров), однако предложенный метод не имеет принципиальных ограничений на число субапертур, которое может быть ограничено только техническими возможностями. Примеры синтезированных апертур, состоящих из 6-ти (а), 7-ми (б), 19-ти (в), 37-ми (г) субапертур представлены на фиг.1. Примеры возможных распределений направлений линейной поляризации для числа субапертур N=6 представлены на фиг.2: а) однонаправленная линейная поляризация; б) однонаправленная линейная поляризация, повернутая на 45°; в) радиальное распределение; г) азимутальное распределение; д) радиальное распределение с поворотом направлений на 20°; е) азимутальное распределение с поворотом направлений на 20°; ж) гибридное радиально-азимутальное распределение; з) гибридное азимутально-радиальное распределение.A description of the operation of the device is given using the example of a synthesized aperture consisting of a hexagonal lattice of 6 subapertures (fiber collimators) located close to each other, however, the proposed method has no fundamental restrictions on the number of subapertures, which can only be limited by technical capabilities. Examples of synthesized apertures consisting of 6 (a), 7 (b), 19 (c), 37 (d) subapertures are presented in Fig. 1. Examples of possible distributions of linear polarization directions for the number of subapertures N =6 are presented in Fig. 2: a) unidirectional linear polarization; b) unidirectional linear polarization, rotated by 45°; c) radial distribution; d) azimuthal distribution; e) radial distribution with a rotation of directions by 20°; f) azimuthal distribution with a rotation of directions by 20°; g) hybrid radial-azimuthal distribution; h) hybrid azimuthal-radial distribution.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
Принцип работы способа и устройства заключается в следующем:The operating principle of the method and device is as follows:
Поле синтезированной апертуры можно представить следующим образом: В начальной плоскости на окружности радиуса R на равных расстояниях расположено N источников напряженности поля с определенным направлением линейно поляризации, как это показано на фиг. 3. Это соответствует решетке, представляющей собой набор субапертур (субпучков) волоконных лазеров, излучающих гауссовы пучки с радиусом a.The field of the synthesized aperture can be represented as follows: In the initial plane on a circle of radius R , N sources of field strength with a certain direction of linear polarization are located at equal distances, as shown in Fig. 3. This corresponds to a grating, which is a set of subapertures (subbeams) of fiber lasers emitting Gaussian beams with a radius a .
Центры субапертур разделены между собой угломThe centers of the subapertures are separated by an angle
относительно центра синтезированной апертуры, где N - число апертур, j - номер субапертуры. Пучки имеют различную линейную поляризацию, которая определяется единичным векторомrelative to the center of the synthesized aperture, where N is the number of apertures, j is the number of subapertures. The beams have different linear polarization, which is determined by the unit vector
где α j - угол наклона вектора поляризации относительно оси OX. Вектор положения субапертуры определяется выражениемwhere α j is the angle of inclination of the polarization vector relative to the OX axis. The subaperture position vector is given by
где x 0, y 0 - базисные вектора системы координат. Координата произвольной точки относительно центра субапертуры связана с координатой относительно общего центра O соотношением
Where x 0,y 0 - basis vectors of the coordinate system. The coordinate of an arbitrary point relative to the center of the subaperture is related to the coordinate relative to the common centerO ratio
Полагаем, что все пучки распространяются через общую фокусирующую линзу с центром в точке O и фокусным расстоянием F. Для определения суммарного поля воспользуемся известным решением для распространения фокусированного гауссова пучка вдоль оси OZ:We assume that all beams propagate through a common focusing lens with a center at point O and focal length F. To determine the total field, we use the known solution for the propagation of a focused Gaussian beam along the OZ axis:
Для пучка, центр которого сдвинут относительно центра, и распространяется под углом к оси OZ, данное решение в системе координат, связанной с центром пучка, принимает вид:For a beam whose center is shifted relative to the center and propagates at an angle to the OZ axis, this solution in the coordinate system associated with the beam center takes the form:
где k - волновое число, A 0 j - начальная амплитуда поля, z - дистанция распространения,where k is the wave number, A 0 j is the initial amplitude of the field, z is the propagation distance,
Тогда для суммарного (векторного) поля можно записать выражение:Then for the total (vector) field we can write the expression:
В фокальной плоскости (z=F) выполняется условие ρ j (z = F) = ρ, и выражение (8) принимает вид:In the focal plane ( z = F ), the condition ρ j ( z = F ) = ρ is satisfied, and expression (8) takes the form:
где
Выражение (9) позволяет, используя методы численного моделирования определить необходимый набор параметров
Относительные амплитуды (значения пиковой мощности) субпучков
В волокне величина фазы электромагнитной волны случайным образом изменяется во времени в результате неконтролируемых флуктуаций показателя преломления волокна, вызванных акустическими и тепловыми колебаниями. Кроме того использование усилителей мощности с регулируемым усилением на основе активного волокна, не поддерживающего состояние поляризации, вызывает флуктуации направления поляризации излучения в канале. Для компенсации этих флуктуаций малую часть генерируемой системой мощности отделим от общего потока светоделительной пластиной в соотношении 99:1 для обеспечения обратной связи. Таким образом, поток излучения в дальнем оптическом поле (в фокусе линзы) будет содержать практически всю генерируемую мощность. В свою очередь, эту малую часть излучения поделим пополам с помощью второй светоделительной пластины и сформируем два независимых канала обратной связи.In a fiber, the phase magnitude of an electromagnetic wave changes randomly over time as a result of uncontrolled fluctuations in the fiber's refractive index caused by acoustic and thermal vibrations. In addition, the use of power amplifiers with controlled gain based on an active fiber that does not maintain a polarization state causes fluctuations in the direction of polarization of the radiation in the channel. To compensate for these fluctuations, we separate a small part of the power generated by the system from the total flow with a beam splitter plate in a ratio of 99:1 to provide feedback. Thus, the radiation flux in the far optical field (at the lens focus) will contain almost all of the generated power. In turn, we will divide this small part of the radiation in half using the second beam splitter plate and form two independent feedback channels.
В первый канал обратной связи, служащий для управления фазой субпучков φ j введем фазформирующий элемент в виде отражающего жидкокристаллического пространственного модулятора света (SLM) или цифрового микрозеркального устройства (DMD). Учтем, что данный элемент является исключительно фазовым, соответственно не влияет на интенсивность излучения, и позволяет независимо вносить индивидуальные фазовые сдвиги в каждый субпучок. Внесем требуемые сдвиги фазы с противоположным знаком в каждый субпучок. После SLM или DMD соберем все субпучки в фокальной плоскости линзы, где поместим малую диафрагму (pinhole), ограничивающую поле зрения установленного за диафрагмой фотоприемника. Мощность излучения, регистрируемая фотоприемником, приемная площадка которого ограничена малой диафрагмой, служит управляющим сигналом (метрикой) алгоритма стохастической оптимизации, на основании которого работает N-канальный оптимизирующий процессор фазы, генерирующий напряжения для управления величиной фазовой задержки, вносимой фазовыми модуляторами для каждого субпучка решетки. В связи с тем, что фазовый модулятор вносит фазовый сдвиг одной величины в обе компоненты поля, а SLM способен вносить фазовый сдвиг лишь в одну компоненту поля, направленную вдоль длинной стороны дисплея SLM, при этом ортогональная компонента поля отражается от SLM без фазового сдвига, во избежание неоднозначности, перед фотоприемником установим линейный поляризатор, блокирующий ортогональную компоненту поля.In the first feedback channel, which serves to control the phase of subbeams φ j , we introduce a phase-forming element in the form of a reflective liquid crystal spatial light modulator (SLM) or a digital micromirror device (DMD). Let us take into account that this element is exclusively phase, and accordingly does not affect the radiation intensity, and allows individual phase shifts to be independently introduced into each subbeam. Let's introduce the required phase shifts with the opposite sign in each subbundle. After SLM or DMD, we will collect all subbeams in the focal plane of the lens, where we will place a small diaphragm (pinhole), limiting the field of view of the photodetector installed behind the diaphragm. The radiation power recorded by a photodetector, the receiving area of which is limited by a small aperture, serves as a control signal (metric) of the stochastic optimization algorithm, on the basis of which an N -channel phase optimizing processor operates, generating voltages to control the amount of phase delay introduced by phase modulators for each subbeam of the grating. Due to the fact that the phase modulator introduces a phase shift of the same magnitude into both field components, and the SLM is capable of introducing a phase shift into only one field component directed along the long side of the SLM display, while the orthogonal field component is reflected from the SLM without a phase shift, in To avoid ambiguity, we will install a linear polarizer in front of the photodetector, blocking the orthogonal component of the field.
При достижении максимального значения мощности на детекторе разность фаз между субпучками, вносимая SLM (заданная разность фаз), равна разности фаз между субпучками решетки в плоскости зрачка системы, соответственно равна разности фаз между субпучками в дальнем оптическом поле (требуемая разность фаз) и определяет распределение поля синтезированного пучка, которое может быть рассчитано на основании выражения (3).When the maximum power value at the detector is reached, the phase difference between subbeams introduced by the SLM (a given phase difference) is equal to the phase difference between subbeams of the grating in the plane of the pupil of the system, correspondingly equal to the phase difference between subbeams in the far optical field (the required phase difference) and determines the field distribution synthesized beam, which can be calculated based on expression (3).
Таким образом, задание соответствующих фазовых сдвигов с помощью фазоформирующего элемента в первом канале обратной связи позволяет получать требуемые (заранее определенные), управляемые соотношения между фазами субпучков в плоскости субапертуры при требуемых значениях направлений линейной поляризации субпучков и, соответственно управлять видом распределения интенсивности, волнового фронта и поляризации синтезированного пучка в дальнем оптическом поле. В частности, в случае однонаправленной поляризации исходных субпучков можно формировать пучки, обладающие фазовой сингулярностью (областью на оси пучка, в которой значение фазы не определено), так называемые скалярные вихревые пучки (см. фиг. 8, фиг. 9). Отметим, что принципы работы фазовых модуляторов, основанных на изменении показателя преломления в кристалле или длины оптического волокна под действием приложенного напряжения хорошо известны специалистам. Данные устройства представлены на рынке, в частности можно отметить продукцию компании EoSpace (www.eospace.com).Thus, setting the corresponding phase shifts using a phase-forming element in the first feedback channel makes it possible to obtain the required (predetermined), controlled relationships between the phases of subbeams in the subaperture plane at the required values of the directions of linear polarization of the subbeams and, accordingly, control the type of intensity distribution, wave front and polarization of the synthesized beam in the far optical field. In particular, in the case of unidirectional polarization of the initial subbeams, it is possible to form beams that have a phase singularity (a region on the beam axis in which the phase value is not defined), so-called scalar vortex beams (see Fig. 8, Fig. 9). Note that the operating principles of phase modulators based on changing the refractive index in a crystal or the length of an optical fiber under the influence of an applied voltage are well known to specialists. These devices are presented on the market, in particular, the products of the company EoSpace (www.eospace.com) can be noted.
Работа первого канала обратной связи, который управляет распределением фаз в каналах, рассмотрена выше в предположении, что каждый субпучок решетки характеризуется своим требуемым наклоном линейной поляризации. Однако усиливающей средой волоконных усилителей, используемых в нашей схеме, является активное волокно, не сохраняющее состояние заданной линейной поляризации, и состояние поляризации каждого субпучка решетки характеризуется своим случайно изменяющимся во времени направлением линейной поляризации. Для управления состоянием поляризации светового пучка широко используются контроллеры поляризации, принцип действия которых основан на изменении двулучепреломления в оптической системе, эквивалентной набору вращающихся волновых пластин и хорошо известен специалистам (F.Heismann and M.S.Whalen, “Fast automatic polarization control system”, IEEE Photonics Technnology Lett., vol.4, No.5, 503-505 (1992); R.Noé, H.Heidrich, and D.Hoffman, “Endless polarization control systems for coherent optics”, IEEE J. Lightwave Techn. Vol.6, No.7, 1199-1207 (1988)). Контроллер поляризации располагается в замкнутом контуре обратной связи на входе в волоконный усилитель, не поддерживающий фиксированное состояние поляризации, и под действием управляющих напряжений, генерируемых специальным оптимизирующим процессором, на основе метрики, которой служит сигнал фотоприемника, регистрирующего световую мощность в требуемом направлении линейной поляризации на выходе из усилителя, изменяет состояние поляризации светового пучка на входе в усилитель так, чтобы получить максимально возможную величину этой мощности и, таким образом, достигнуть требуемого состояния поляризации на выходе из усилителя. Для управления контроллерами поляризации разработаны соответствующие алгоритмы оптимизации, подробно описанные в литературе и хорошо известные специалистам в данной области (L.Xi, X.Zyang, F.Tian, X.Tang, X.Weng, G.Zhang, X.Li, and Q.Xiong, “Optimizing the operation of LiNbO3-based multistage polarization controllers through an adaptive algorithm” IEEE Photonics J., vol.2, No.2, 195-202 (2010); R.Su, Y.Liu, B.Yang, P.Ma, X.Wang, P.Zhou, and X.Xu, “Active polarization control of a 1.43 kW narrow linewidth fiber amplifier based on SPGD algorithm”, J.Opt., vol.19, 045802 (2017)).The operation of the first feedback channel, which controls the phase distribution in the channels, is discussed above under the assumption that each subbeam of the grating is characterized by its required linear polarization slope. However, the gain medium of the fiber amplifiers used in our design is an active fiber that does not maintain a given linear polarization state, and the polarization state of each grating subbeam is characterized by its linear polarization direction randomly varying with time. To control the polarization state of a light beam, polarization controllers are widely used, the operating principle of which is based on a change in birefringence in an optical system equivalent to a set of rotating wave plates and is well known to specialists (F. Heismann and MSWhalen, “Fast automatic polarization control system”, IEEE Photonics Technology Lett ., vol.4, No.5, 503-505 (1992); R. Noé, H. Heidrich, and D. Hoffman, “Endless polarization control systems for coherent optics,” IEEE J. Lightwave Techn. Vol. 6, No.7, 1199-1207 (1988)). The polarization controller is located in a closed feedback loop at the input to the fiber amplifier, which does not maintain a fixed state of polarization, and under the influence of control voltages generated by a special optimizing processor, based on a metric, which is the signal of the photodetector, which registers the light power in the required direction of linear polarization at the output from the amplifier, changes the state of polarization of the light beam at the input to the amplifier so as to obtain the maximum possible value of this power and, thus, achieve the required state of polarization at the output of the amplifier. To control polarization controllers, appropriate optimization algorithms have been developed, described in detail in the literature and well known to specialists in this field (L. Xi, X. Zyang, F. Tian, X. Tang, X. Weng, G. Zhang, X. Li, and Q.Xiong, “Optimizing the operation of LiNbO 3 -based multistage polarization controllers through an adaptive algorithm” IEEE Photonics J., vol.2, No.2, 195-202 (2010); R.Su, Y.Liu, B .Yang, P.Ma, X.Wang, P.Zhou, and X.Xu, “Active polarization control of a 1.43 kW narrow linewidth fiber amplifier based on SPGD algorithm,” J.Opt., vol.19, 045802 (2017 )).
Для того, чтобы получить требуемое распределение наклонов линейной поляризации субпучков r j в решетке во второй канал обратной связи установим последовательно N-канальный вращатель поляризации, осуществляющий поворот направления линейной поляризации каждого субпучка на свой заданный угол относительно оси OX, линейный поляризатор с осью в направлении OX и матрицу из N фокусирующих линз, с помощью которой каждый субучок собирается в плоскости своей малой диафрагмы, ограничивающей поле зрения соответствующего фотоприемника.In order to obtain the required distribution of the slopes of the linear polarization of the subbeams r j in the grating, in the second feedback channel we install sequentially an N -channel polarization rotator, which rotates the direction of the linear polarization of each subbeam to its specified angle relative to the OX axis, a linear polarizer with an axis in the OX direction and a matrix of N focusing lenses, with the help of which each sub-beam is assembled in the plane of its small aperture, which limits the field of view of the corresponding photodetector.
Принцип работы вращателя поляризации известен, и заключается в следующем:The operating principle of the polarization rotator is known and is as follows:
Рассмотрим оптическую систему, на которую поступает излучение от решетки N коллимированных параллельных пучков линейно поляризованного излучения, каждый из которых имеет индивидуальное направление линейной поляризации. Нам необходимо повернуть направление поляризации каждого пучка так, чтобы на выходе из системы все пучки обладали заданным направлением линейной поляризацией. Известна схема оптического вращателя (Chun Ye “Construction of an optical rotator using quarter-wave plates and an optical retarder”, Opt.Engineering, 34(10), 3031-3035 (1995)), состоящая из двух скрещенных четвертьволновых пластин, между которыми расположен оптический замедлитель (ретардер) или модулятор с переменным коэффициентом замедления. Указанный модулятор обладает регулируемым двулучепреломлением и его замедление составляет Δφ = (2π/λ)(n 0 - n e )d, где n 0 - показатель преломления обыкновенной волны, n e - показатель преломления необыкновенной волны, d - толщина замедлителя, λ - длина волны. Если быстрая ось первой четвертьволновой пластины направлена вдоль оси x, ось второй четвертьволновой пластины расположена перпендикулярно, т.е. вдоль оси y, а ось модулятора находится под углом 45° к ней и направление линейной поляризации падающего пучка совпадает с направлением быстрой оси первой пластины (см. фиг.6 (а, б)), то матрица Джонса такой системы может быть представлена в виде:Let us consider an optical system that receives radiation from an array of N collimated parallel beams of linearly polarized radiation, each of which has an individual direction of linear polarization. We need to rotate the polarization direction of each beam so that at the exit from the system all beams have a given direction of linear polarization. There is a known scheme of an optical rotator (Chun Ye “Construction of an optical rotator using quarter-wave plates and an optical retarder”, Opt.Engineering, 34(10), 3031-3035 (1995)), consisting of two crossed quarter-wave plates, between which an optical retarder or modulator with a variable retardation coefficient is located. The specified modulator has adjustable birefringence and its retardation is Δ φ = (2π /λ )( n 0 - n e ) d , where n 0 is the refractive index of an ordinary wave, n e is the refractive index of an extraordinary wave, d is the thickness of the retarder, λ - wavelength. If the fast axis of the first quarter-wave plate is directed along the x- axis, the axis of the second quarter-wave plate is perpendicular, i.e. along the y axis, and the modulator axis is at an angle of 45° to it and the direction of linear polarization of the incident beam coincides with the direction of the fast axis of the first plate (see Fig. 6 (a, b)), then the Jones matrix of such a system can be represented as :
где - матрица Джонса четвертьволновой пластины, быстрая ось которой перпендикулярна оси x, - матрица Джонса четвертьволновой пластины, быстрая ось которой направлена вдоль оси x и средняя матрица описывает процедуру вращения главной оси поляризационного эллипса на угол ψ = Δφ/2. Where - Jones matrix of a quarter-wave plate, the fast axis of which is perpendicular to the x- axis, - Jones matrix of a quarter-wave plate, the fast axis of which is directed along the x axis and the middle matrix describes the procedure for rotating the main axis of the polarization ellipse by an angle ψ = Δ φ /2.
Для линейно поляризованного пучка вектор Джонса можно записать следующим образомFor a linearly polarized beam, the Jones vector can be written as follows
где α - угол наклона линейной поляризации относительно оси OX.where α is the angle of inclination of linear polarization relative to the OX axis.
Если направление линейной поляризации падающего пучка составляет угол α с направлением быстрой оси первой четвертьволновой пластины, то вектор Джонса пучка на выходе из системы (10) соответствует следующему выражению:If the direction of linear polarization of the incident beam makes an angle α with the direction of the fast axis of the first quarter-wave plate, then the Jones vector of the beam at the exit from system (10) corresponds to the following expression:
Выражение (13) описывает процедуру вращения направления линейной поляризации падающего пучка на угол Δα = Δϕ/2. Expression (13) describes the procedure for rotating the direction of linear polarization of the incident beam by the angle Δ α = Δ ϕ /2.
В работе (Chun Ye “Construction of an optical rotator using quarter-wave plates and an optical retarder”, Opt.Engineering, 34(10), 3031-3035 (1995)),) в качестве замедлителя использовался коммерческий одноканальный жидкокристаллический ротатор с замедлением, управляемым величиной приложенного напряжения от 0 до 10 вольт (2 кГц) (Meadowlark Optics, www.meadowlark.com). При необходимости параллельного управления множеством каналов излучения, необходимо скомпоновать решетку таких ротаторов (см. фиг.5б), тщательно откалибровать ротаторы, оптически согласовать решетку ротаторов с решеткой пучков, так чтобы каждому пучку соответствовал свой ротатор и синхронизовать во времени действие этих ротаторов.In the work (Chun Ye “Construction of an optical rotator using quarter-wave plates and an optical retarder”, Opt.Engineering, 34(10), 3031-3035 (1995),) a commercial single-channel liquid crystal rotator with retarder was used as a retarder , controlled by the magnitude of the applied voltage from 0 to 10 volts (2 kHz) (Meadowlark Optics, www.meadowlark.com). If it is necessary to control multiple radiation channels in parallel, it is necessary to arrange an array of such rotators (see Fig. 5b), carefully calibrate the rotators, optically match the array of rotators with the array of beams, so that each beam has its own rotator, and synchronize the action of these rotators in time.
В качестве ротатора могут быть также использован жидкокристаллический пространственный модулятор света, работающий на пропускание (см. фиг.5а), содержащий параллельно выровненные нематические кристаллы (Jeffrey A. Davis, Dylan E. McNamara, Don M. Cottrell, and Tomio Sonehara “Two-dimensional polarization encoding with a phase-only liquid-crystal spatial light modulator”, Appl. Opt. vol.39 (10), 1549 - 1554 (2000)). Такие пространственные модуляторы света доступны на рынке и производятся рядом компаний (например, Meadowlark Optics, www.meadowlark.com, HOLOEYE Photonics Ag, www.holoeye.com и др.). В отличие от одноканальных ротаторов, пространственные модуляторы света состоят из множества независимо управляемых ячеек двулучепреломляющих жидких кристаллов, что позволяет одновременно управлять направлением линейной поляризации множества световых пучков. Время отклика ротаторов и пространственных модуляторов света ограничено электрооптическим откликом нематических кристаллических материалов и составляет в среднем 10 мс, что вполне достаточно для широкого круга приложений. Когда в цепи обратной связи присутствует многоканальный вращатель поляризации, каждый j-тый субпучок, в соответствие с (14), поворачивает свое текущее направление линейной поляризации в плоскости фотоприемника на заданный угол ψ j .A liquid crystal spatial light modulator operating in transmission (see Fig. 5a) containing parallel aligned nematic crystals (Jeffrey A. Davis, Dylan E. McNamara, Don M. Cottrell, and Tomio Sonehara “Two-”) can also be used as a rotator. dimensional polarization encoding with a phase-only liquid-crystal spatial light modulator,” Appl. Opt. vol. 39 (10), 1549 - 1554 (2000)). Such spatial light modulators are available on the market and are manufactured by a number of companies (for example, Meadowlark Optics, www.meadowlark.com, HOLOEYE Photonics Ag, www.holoeye.com, etc.). Unlike single-channel rotators, spatial light modulators consist of multiple independently controlled birefringent liquid crystal cells, which allows simultaneous control of the direction of linear polarization of multiple light beams. The response time of rotators and spatial light modulators is limited by the electro-optical response of nematic crystalline materials and averages 10 ms, which is sufficient for a wide range of applications. When a multichannel polarization rotator is present in the feedback circuit, each j -th subbeam, in accordance with (14), rotates its current direction of linear polarization in the plane of the photodetector at a given angle ψ j .
Максимальное значение мощности излучения, регистрируемой фотоприемником на оси в плоскости j-того субпучка наблюдается, когда направление поляризации субпучка совпадает с осью поляризатора. Выполнение этого условия достигается в результате работы одного из алгоритмов стохастической оптимизации хорошо известных специалистам в данной области и лежащего в основе N-канального оптимизирующего процессора поляризации, управляющего контроллерами поляризации. В частности, может быть использован алгоритм стохастического параллельного градиентного спуска SPGD (M. A. Vorontsov, G. W. Carhart, M. Cohen, and G. Cauwenberghs, “Adaptive optics based on analog parallel stochastic optimization: analysis and experimental demonstration,” J. Opt. Soc. Am. A 17(8), 1440-1453 (2000)). Принцип работы электрически управляемых контроллеров поляризации, основанных на изменении двулучепреломления в оптической системе, эквивалентной набору волновых пластин, также хорошо известен специалистам. Данные устройства представлены на рынке, в частности можно отметить продукцию компаний EoSpace (www.eospace.com), General Photonics (www.generalphotonics.com) и др. В результате работы цепи обратной связи на основе алгоритма стохастической оптимизации текущие случайные изменения состояния оптической поляризации в каналах компенсируются работой контроллеров поляризации, которые поддерживают направление поляризации, совпадающее с осью поляризатора.The maximum value of the radiation power recorded by the photodetector on the axis in the plane of the j -th subbeam is observed when the direction of polarization of the subbeam coincides with the axis of the polarizer. The fulfillment of this condition is achieved as a result of the operation of one of the stochastic optimization algorithms well known to specialists in this field and underlying the N -channel polarization optimizing processor that controls the polarization controllers. In particular, the stochastic parallel gradient descent algorithm SPGD can be used (MA Vorontsov, GW Carhart, M. Cohen, and G. Cauwenberghs, “Adaptive optics based on analog parallel stochastic optimization: analysis and experimental demonstration,” J. Opt. Soc. Am A 17(8), 1440-1453 (2000)). The principle of operation of electrically controlled polarization controllers, based on changes in birefringence in an optical system equivalent to a set of wave plates, is also well known to specialists. These devices are presented on the market, in particular, the products of the companies EoSpace (www.eospace.com), General Photonics (www.generalphotonics.com), etc. can be noted. As a result of the operation of the feedback circuit based on the stochastic optimization algorithm, current random changes in the state of optical polarization in the channels are compensated by the operation of polarization controllers, which maintain the polarization direction coinciding with the polarizer axis.
Таким образом, управляемое изменение заданных замедлений в многоканальном вращателе поляризации приводит к управляемому изменению состояния поляризации пучка, синтезированного в дальне оптическом поле.Thus, a controlled change in the specified retardations in a multichannel polarization rotator leads to a controlled change in the polarization state of the beam synthesized in the far optical field.
Кроме формирования синтезированных пучков с требуемым распределением поляризации, предложенный метод позволяет поворачивать требуемое распределение поляризации вокруг оси распространения пучка на заданный угол. Для этого в каждом канале оптического вращателя нужно к замедлениям, соответствующим заданному распределению поляризации добавить замедление одинаковой величины Δψj = Δψs, тогда вся картина распределения поляризации, определенная величиной βj в каждом канале, повернется как целое на угол Δψj. Знак добавки Δψj при этом определит направление поворота. Отдельно следует отметить возможность управления углом направления однородной линейной поляризации синтезированного пучка, сформированного решеткой пучков с однонаправленной поляризацией. Для этого в каждом канале оптического вращателя нужно ввести замедления равной величины ψ j = ψ s , тогда, согласно условию (10) разность фаз между субпучками станет равной нулю, а угол наклона линейной поляризации каждого субпучка станет равным ψ, что соответствует когерентному сложению пучков с однонаправленной поляризацией, угол направления которой равен ψ в выбранной системе координат.In addition to the formation of synthesized beams with the required polarization distribution, the proposed method allows you to rotate the required polarization distribution around the beam propagation axis at a given angle. To do this, in each channel of the optical rotator it is necessary to add a retardation of the same value Δψ j = Δψ s to the retardations corresponding to the given polarization distribution, then the entire picture of the polarization distribution, determined by the value β j in each channel, will rotate as a whole by an angle Δψ j . The sign of the addition Δψ j will determine the direction of rotation. Separately, it should be noted that it is possible to control the direction angle of uniform linear polarization of a synthesized beam formed by an array of beams with unidirectional polarization. To do this, in each channel of the optical rotator it is necessary to introduce retardations equal to ψ j = ψ s , then, according to condition (10), the phase difference between the subbeams will become equal to zero, and the angle of inclination of the linear polarization of each subbeam will become equal to ψ, which corresponds to the coherent addition of beams with unidirectional polarization, the direction angle of which is equal to ψ in the selected coordinate system.
В результате совместное действие двух контуров обратной связи позволяет установить требуемые значения разностей фаз между субпучками и требуемое распределение направлений линейной поляризации субпучков, что в совокупности с требуемыми значениями амплитуд субпучков, приводит к формированию в дальнем оптическом поле синтезированного пучка с требуемым распределением амплитуды, волнового фронта и поляризации в своем поперечном сечении. В частности данный способ позволяет формировать пучки, обладающие поляризационной сингулярностью на оси (областью, где азимут поляризации не определен), так называемые цилиндрические векторные пучки (см. фиг. 10-14, 16,17). Следует отметить, что на основании теоремы Котельникова такая двухконтурная система обратной связи может эффективно работать при условии, что постоянная времени регулирования одного из контуров обратной связи, по крайней мере, в два раза меньше постоянной времени регулирования второго контура обратной связи, что легко выполняется путем выбора соответствующих частот дискретизации управления оптимизирующих процессоров. На фиг. 6 - фиг. 16 представлены примеры распределений интенсивности и поляризации синтезированных пучков в дальнем оптическом поле (справа) и соответствующие им распределения углов наклонов линейной поляризации (в скобках) и фазовых сдвигов субпучков (слева). Распределение интенсивности показано в градациях серого цвета, а распределение поляризации показано отрезками линий на участках линейной поляризации и эллиптическими кривыми на участках эллиптической поляризации с соответствующими наклонами азимутов поляризации.As a result, the combined action of two feedback loops makes it possible to establish the required values of the phase differences between the subbeams and the required distribution of the directions of linear polarization of the subbeams, which, together with the required values of the amplitudes of the subbeams, leads to the formation in the far optical field of a synthesized beam with the required distribution of amplitude, wavefront and polarization in its cross section. In particular, this method allows the formation of beams that have a polarization singularity on the axis (the area where the polarization azimuth is not defined), the so-called cylindrical vector beams (see Figs. 10-14, 16,17). It should be noted that, based on Kotelnikov’s theorem, such a two-loop feedback system can operate effectively provided that the control time constant of one of the feedback loops is at least two times less than the control time constant of the second feedback loop, which is easily achieved by choosing corresponding sampling frequencies of control optimizing processors. In fig. 6 - fig. Figure 16 shows examples of intensity and polarization distributions of synthesized beams in the far optical field (on the right) and the corresponding distributions of linear polarization tilt angles (in parentheses) and phase shifts of subbeams (on the left). The intensity distribution is shown in grayscale, and the polarization distribution is shown by line segments in linear polarization regions and elliptical curves in elliptical polarization regions with corresponding polarization azimuth slopes.
Устройство фиг. 5 включает в себя когерентный источник линейно-поляризованного излучения 1 с волоконным выходом и волоконный делитель излучения на N каналов 2, связанных каждый с одним из N волоконно-интегрированных оптических фазовых модуляторов 3, регулирующих фазу оптической волны в пределах ±2mπ (где m - число более 1). Излучение с выхода каждого фазового модулятора поступает на контроллер поляризации 4, который управляет состоянием оптической поляризации соответствующего пучка. Далее каждый из N каналов усиливается соответствующим волоконным усилителем 5, содержащем неполяризованное активное волокно и имеющем на выходе линзовый коллиматор 7, формирующий коллимированный (параллельный) пучок лучей (субпучок). Величина мощности каждого усилителя 5 задается контроллером амплитуды 6. Все N коллиматоров позиционируются таким образом, чтобы на выходе образовать синтезированную апертуру (композитный пучок), представляющую собой решетку близко расположенных субапертур. Все субпучки в результате дифракции перекрываются и интерферируют между собой на мишени 9, расположенной в дальнем оптическом поле, формируя синтезированный пучок, характеризуемый случайными распределениями интенсивности и состояния поляризации. Случайный характер распределения интенсивности возникает в результате неконтролируемых флуктуаций фаз субпучков, вследствие изменения длин оптических путей в волокне под действием внешних факторов. В свою очередь характер распределенного состояния поляризации связан различными состояниями оптической поляризации субпучков, изменяющимися во времени, вследствие неконтролируемого распределения двулучепреломления в волокне, тепловых флуктуаций двулучепреломления, связанных с генерацией излучения, акустических колебаний и механических напряжений в волокне. С целью синхронизации фаз в каналах и стабилизации состояния оптической поляризации используются два контура обратной связи, для работы которых, малая доля мощности всего композитного (состоящего из набора субпучков) пучка до перекрытия субпучков отделяется от целого композитного пучка с помощью первой светоделительной пластины 8. 2-х линзовый телескоп 10 преобразует размеры композитного пучка для согласования с другими частями устройства. Отраженное от светоделительной пластины 8 излучение используется для формирования первого канала обратной связи, обеспечивающего синхронизацию фаз субпучков, и установления требуемой разности фаз между субпучками. Для этого, отраженное от светоделительной пластины 8 излучение поступает на N-канальный фазоформирующий элемент 12 (SLM или DMD), вносящий независимые регулируемые сдвиги фазы в каждый субпучок решетки. После приобретения заданных фазовых сдвигов, излучение всех субпучков фокусируется с помощью линзы 13 в плоскость малой диафрагмы 14, где все пучки перекрываются и интерферируют между собой, образовывая максимумы и минимумы интерференции. Фотодетектор 15, установленный за малой диафрагмой 14, регистрирует мощность излучения в интерференционном максимуме и формирует сигнал обратной связи, который обрабатывается N-канальным оптимизирующим процессором 16, работающим в соответствие с алгоритмом стохастической оптимизации и генерирующим управляющие напряжения для фазовых модуляторов 3, которые вносят соответствующие сдвиги фазы в каждый субпучок, так что мощность излучения, регистрируемая фотодетектором достигает и поддерживает максимально возможное значение. Таким образом, обеспечивается синхронизация фаз и поддержание требуемой разности фаз между субпучками. Прошедшее через светоделительную пластину 11 излучение используется для формирования второго канала обратной связи, обеспечивающего формирование требуемых направлений линейной поляризации субпучков. Для этого излучение поступает на управляемый N-канальный вращатель поляризации 17, который в свою очередь, состоит из двух четвертьволновых пластин 18 и 20 с ортогональным расположением главных осей и расположенного между ними фазового модулятора 19, главная ось которого составляет 45 градусов с главными осями четвертьволновых пластин 18 и 20. N-канальный вращатель поляризации независимо поворачивает направление линейной поляризации каждого субпучка на угол, равный требуемому с противоположным знаком. Затем излучение всех субпучков проходит через линейный поляризатор 21 и решетку из фокусирующих линз 22, в которой каждому субпучку соответствует своя фокусирующая линза. В фокальной плоскости линзовой решетки 22 располагается соответствующая решетка оптических волокон 23, оптически сопряженная с решеткой фотоприемников 24, так что каждому субпучку соответствует свой фотоприемник, регистрирующий мощность поляризационной компоненты излучения субпучка, прошедшего через линейный поляризатор 21. Сигнал с фотоприемника 24 поступает на соответствующий канал N-канального оптимизирующего процессора поляризации 25, работающего на основе алгоритма стохастической оптимизации и генерирующего напряжения для управления соответствующим контроллером поляризации 4 так, чтобы величина регистрируемой мощности излучения достигла максимально возможной величины. В результате направление линейной поляризации падающего на фотоприемник 24 субпучка совпадет с направлением оси линейного поляризатора 21, а направление линейной поляризации соответствующего субпучка в плоскости синтезированной апертуры и в дальнем оптическом поле совпадет с требуемым направлением.Device Fig. 5 includes a coherent source of linearly polarized radiation 1 with a fiber output and a fiber radiation divider into N channels 2 , each connected to one of N fiber-integrated optical phase modulators 3 , regulating the phase of the optical wave within ±2mπ (where m is the number more than 1). The radiation from the output of each phase modulator goes to the polarization controller 4 , which controls the state of the optical polarization of the corresponding beam. Next, each of the N channels is amplified by a corresponding fiber amplifier 5 containing an unpolarized active fiber and having at the output a lens collimator 7 that forms a collimated (parallel) beam of rays (subbeam). The power value of each amplifier 5 is set by the amplitude controller 6 . All N collimators are positioned in such a way as to form a synthesized aperture (composite beam) at the output, which is an array of closely spaced subapertures. As a result of diffraction, all subbeams overlap and interfere with each other on target 9 located in the far optical field, forming a synthesized beam characterized by random distributions of intensity and polarization state. The random nature of the intensity distribution arises as a result of uncontrolled fluctuations in the phases of subbeams, due to changes in the lengths of optical paths in the fiber under the influence of external factors. In turn, the nature of the distributed polarization state is associated with different states of optical polarization of subbeams that change over time due to the uncontrolled distribution of birefringence in the fiber, thermal fluctuations of birefringence associated with the generation of radiation, acoustic vibrations and mechanical stresses in the fiber. In order to synchronize the phases in the channels and stabilize the state of optical polarization, two feedback loops are used, for the operation of which a small fraction of the power of the entire composite (consisting of a set of subbeams) beam is separated from the whole composite beam by the first beam splitter 8 before the subbeams overlap. The 2-lens telescope 10 converts the dimensions of the composite beam to match other parts of the device. The radiation reflected from the beam splitter plate 8 is used to form the first feedback channel, ensuring phase synchronization of the subbeams, and establishing the required phase difference between the subbeams. To do this, the radiation reflected from the beam splitter 8 is supplied to the N -channel phase-forming element 12 (SLM or DMD), which introduces independent adjustable phase shifts into each subbeam of the grating. After acquiring the specified phase shifts, the radiation of all subbeams is focused using a lens 13 into the plane of a small aperture 14 , where all the beams overlap and interfere with each other, forming interference maxima and minima. Photodetector 15 , installed behind a small aperture 14 , registers the radiation power at the interference maximum and generates a feedback signal, which is processed by an N -channel optimizing processor 16 , operating in accordance with the stochastic optimization algorithm and generating control voltages for phase modulators 3 , which introduce the appropriate shifts phases into each subbeam, so that the radiation power recorded by the photodetector reaches and maintains the maximum possible value. This ensures phase synchronization and maintenance of the required phase difference between subbeams. The radiation passed through the beam splitter plate 11 is used to form a second feedback channel, which ensures the formation of the required directions of linear polarization of the subbeams. To do this, the radiation is supplied to a controlled N -channel polarization rotator 17 , which in turn consists of two quarter-wave plates 18 and 20 with an orthogonal arrangement of the main axes and a phase modulator 19 located between them, the main axis of which is 45 degrees with the main axes of the quarter-wave plates 18 and 20 . The N -channel polarization rotator independently rotates the direction of linear polarization of each subbeam by an angle equal to the required one with the opposite sign. Then the radiation of all subbeams passes through a linear polarizer 21 and an array of focusing lenses 22 , in which each subbeam has its own focusing lens. In the focal plane of the lens array 22 there is a corresponding array of optical fibers 23 , optically coupled with an array of photodetectors 24 , so that each subbeam corresponds to its own photodetector, which records the power of the polarization component of the subbeam radiation passed through the linear polarizer 21 . The signal from the photodetector 24 is fed to the corresponding channel of the N -channel optimizing polarization processor 25 , operating on the basis of a stochastic optimization algorithm and generating voltage to control the corresponding polarization controller 4 so that the value of the recorded radiation power reaches the maximum possible value. As a result, the direction of linear polarization of the subbeam incident on the photodetector 24 will coincide with the direction of the axis of the linear polarizer 21 , and the direction of linear polarization of the corresponding subbeam in the plane of the synthesized aperture and in the far optical field will coincide with the required direction.
Требуемые значения относительных амплитуд субпучков, разностей фаз между субпучками и направлений линейной поляризации субпучков устанавливаются программно с помощью управляющего компьютера 26. В результате совместного действия управляемых амплитуд субпучков, разностей фаз между ними и соответствующего распределения направлений линейной поляризации вследствие дифракционного перекрытия и интерференции субпучков в дальнем оптическом поле образуется синтезированный пучок с требуемым распределением амплитуды, волнового фронта и поляризации в своем поперечном сечении.The required values of the relative amplitudes of the subbeams, the phase differences between the subbeams, and the directions of linear polarization of the subbeams are set programmatically using a control computer 26 . As a result of the combined action of controlled amplitudes of subbeams, phase differences between them and the corresponding distribution of linear polarization directions due to diffraction overlap and interference of subbeams in the far optical field, a synthesized beam is formed with the required distribution of amplitude, wavefront and polarization in its cross section.
На фиг. 1 представлены примеры синтезированных апертур, состоящих из N=6, N=7, N=19 и N=37 субапертур.In fig. Figure 1 shows examples of synthesized apertures consisting of N = 6, N = 7, N = 19 and N = 37 subapertures.
На фиг. 2 представлены примеры возможных распределений направлений линейной поляризации для числа субпучков N=6: а) однонаправленная линейная поляризация; б) однонаправленная линейная поляризация, повернутая на 45°; в) радиальное распределение; г) азимутальное распределение; д) радиальное распределение с поворотом направлений на 20°; е) азимутальное распределение с поворотом направлений на 20°; ж)In fig. Figure 2 shows examples of possible distributions of linear polarization directions for the number of subbeams N = 6: a) unidirectional linear polarization; b) unidirectional linear polarization, rotated by 45°; c) radial distribution; d) azimuthal distribution; e) radial distribution with a rotation of directions by 20°; f) azimuthal distribution with a rotation of directions by 20°; and)
гибридное радиально-азимутальное распределение; з) гибридное азимутально-радиальное распределение.hybrid radial-azimuth distribution; h) hybrid azimuthal-radial distribution.
На фиг. 3 изображено графическое представление поля синтезированной апертуры с использованием следующих обозначений: a - радиус гауссова пучка (субпучка); R - радиус окружности, на которой расположены центры субпучков; θ j = 2π(j - 1)/N - угол между центрами субпучков относительно центра синтезированной апертуры; N - число субпучков; j - номер субпучка; r j = (x 0cos(α j )+ y 0sin(α j )) - единичный вектор линейной поляризации j- того субпучка; α j - угол наклона вектора поляризации j- того субпучка относительно оси OX; s j = R(x 0cos(θ j )+ y 0sin(θ j )) - вектор положения центра субпучка на плоскости; x 0, y 0 - базисные вектора системы координат; ρ = ρ j - s j - координата произвольной точки в плоскости синтезированной апертуры.In fig. Figure 3 shows a graphical representation of the field of the synthesized aperture using the following notation: a - radius of the Gaussian beam (subbeam); R is the radius of the circle on which the centers of the subbeams are located; θ j = 2 π( j - 1 ) /N is the angle between the centers of the subbeams relative to the center of the synthesized aperture; N is the number of subbeams; j is the subbundle number; r j = ( x 0 cos( α j ) + y 0 sin( α j )) - unit vector of linear polarization of the j - subbeam; α j is the angle of inclination of the polarization vector of the j -subbeam relative to the OX axis; s j = R ( x 0 cos( θ j ) + y 0 sin( θ j )) - vector of the position of the subbeam center on the plane; x 0 , y 0 - basis vectors of the coordinate system; ρ = ρ j - s j is the coordinate of an arbitrary point in the plane of the synthesized aperture.
На фиг. 4 представлено распределение интенсивности в плоскости малой диафрагмы (14) (а) и его поперечное сечение (б) для N=6 при равномерном (азимутальном, радиальном и азимутальным и радиальным с дополнительным наклоном) распределением направлений линейной поляризации при использовании в качестве фазоформирующего элемента DMD (верхний ряд) и SLM (нижний ряд).In fig. Figure 4 shows the intensity distribution in the plane of a small aperture ( 14 ) (a) and its cross section (b) for N = 6 with a uniform (azimuthal, radial and azimuthal and radial with additional tilt) distribution of linear polarization directions when using DMD as a phase-forming element (top row) and SLM (bottom row).
На фиг. 5 представлена схема устройства.In fig. Figure 5 shows a diagram of the device.
В устройстве, изображенном на фиг. 5 а) в качестве вращателя поляризации 9 используется система, состоящая из первой четвертьволновой пластины 10, фазового трансмиссионного пространственного модулятора света 11 и второй четвертьволновой пластины 12. Быстрые оси четвертьволновых пластин ортогональны друг другу, а направление ориентации жидких кристаллов в пространственном модуляторе света составляет с осями четвертьволновых пластин угол 45°.In the device shown in FIG. 5 a) a system consisting of a first quarter-wave plate 10 , a phase transmission spatial light modulator 11 and a second quarter-wave plate 12 is used as a polarization rotator 9 . The fast axes of the quarter-wave plates are orthogonal to each other, and the direction of orientation of the liquid crystals in the spatial light modulator makes an angle of 45° with the axes of the quarter-wave plates.
В устройстве, изображенном на фиг. 5 б) в качестве вращателя поляризации 9 используется система, состоящая из первой четвертьволновой пластины 10, решетки одноканальных ротаторов 11 и второй четвертьволновой пластины 12. Быстрые оси четвертьволновых пластин ортогональны друг другу, а оси ротаторов составляют с осями четвертьволновых пластин угол 45°.In the device shown in FIG. 5 b) a system consisting of a first quarter-wave plate 10 , an array of single-channel rotators 11 and a second quarter-wave plate 12 is used as a polarization rotator 9 . The fast axes of the quarter-wave plates are orthogonal to each other, and the axes of the rotators make an angle of 45° with the axes of the quarter-wave plates.
На фиг. 6 - фиг. 17 представлены примеры распределений интенсивности и поляризации синтезированных пучков в дальнем оптическом поле (справа) и соответствующие им распределения углов наклонов линейной поляризации (в скобках) и фазовых сдвигов субпучков (слева). Распределение интенсивности показано в градациях серого цвета, а распределение поляризации показано отрезками линий на участках линейной поляризации и эллиптическими кривыми на участках эллиптической поляризации с соответствующими наклонами азимутов поляризации.In fig. 6 - fig. Figure 17 shows examples of intensity and polarization distributions of synthesized beams in the far optical field (on the right) and the corresponding distributions of linear polarization tilt angles (in parentheses) and phase shifts of subbeams (on the left). The intensity distribution is shown in grayscale, and the polarization distribution is shown by line segments in linear polarization regions and elliptical curves in elliptical polarization regions with corresponding polarization azimuth slopes.
Фиг. 6. Распределение интенсивности и поляризации в случае однонаправленной линейной поляризации субпучков.Fig. 6. Distribution of intensity and polarization in the case of unidirectional linear polarization of subbeams.
Фиг. 7. Распределение интенсивности и поляризации в случае однонаправленной линейной поляризации субпучков с дополнительным наклоном π/4 и сдвигом фаз φT j = [0, 0, 0, 0, 0, 0].Fig. 7. Distribution of intensity and polarization in the case of unidirectional linear polarization of subbeams with an additional slope π/4 and phase shift φ T j = [0, 0, 0, 0, 0, 0].
Фиг. 8. Распределение интенсивности и поляризации в случае однонаправленной линейной поляризации субпучков со сдвигом фаз φT j =[0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/3].Fig. 8. Distribution of intensity and polarization in the case of unidirectional linear polarization of subbeams with a phase shift φ T j = [0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/3].
Фиг. 9. Распределение интенсивности и поляризации в случае однонаправленной линейной поляризации субпучков с дополнительным наклоном π/4 и сдвигом фаз φT j =[0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/3].Fig. 9. Distribution of intensity and polarization in the case of unidirectional linear polarization of subbeams with an additional slope π/4 and phase shift φ T j = [0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/3].
Фиг. 10. Распределение интенсивности и поляризации в случае радиального распределения наклонов линейной поляризации субпучков (величина наклона указана в скобках) и сдвигом фаз φT j =[0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/3].Fig. 10. Distribution of intensity and polarization in the case of a radial distribution of slopes of linear polarization of subbeams (the magnitude of the slope is indicated in parentheses) and phase shift φ T j = [0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/3].
Фиг. 11. Распределение интенсивности и поляризации в случае радиального распределения наклонов линейной поляризации субпучков с дополнительным наклоном (-π/4) (величина наклона указана в скобках) и сдвигом фаз φT j =[0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/3].Fig. 11. Distribution of intensity and polarization in the case of a radial distribution of slopes of linear polarization of subbeams with an additional slope (-π/4) (the magnitude of the slope is indicated in parentheses) and a phase shift φ T j =[0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/3].
Фиг. 12. Распределение интенсивности и поляризации в случае азимутального распределения наклонов линейной поляризации субпучков (величина наклона указана в скобках) и сдвигом фаз φT j =[0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/3].Fig. 12. Distribution of intensity and polarization in the case of azimuthal distribution of slopes of linear polarization of subbeams (the magnitude of the slope is indicated in parentheses) and phase shift φ T j = [0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/3].
Фиг. 13. Распределение интенсивности и поляризации в случае азимутального распределения наклонов линейной поляризации субпучков с дополнительным наклоном (+π/4) (величина наклона указана в скобках) и сдвигом фаз φT j =[0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/3].Fig. 13. Distribution of intensity and polarization in the case of an azimuthal distribution of slopes of linear polarization of subbeams with an additional slope (+π/4) (the magnitude of the slope is indicated in parentheses) and a phase shift φ T j = [0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/3].
Фиг. 14. Распределение интенсивности и поляризации в случае азимутального распределения наклонов линейной поляризации субпучков с дополнительным наклоном (-π/4) (величина наклона указана в скобках) и сдвигом фаз φT j =[0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/3].Fig. 14. Distribution of intensity and polarization in the case of an azimuthal distribution of slopes of linear polarization of subbeams with an additional slope (-π/4) (the magnitude of the slope is indicated in parentheses) and a phase shift φ T j = [0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/3].
Фиг. 15. Распределение интенсивности и поляризации в случае гибридного радиально-азимутального распределения наклонов линейной поляризации субпучков (величина наклона указана в скобках) и сдвигом фаз φT j =[0, 0, 0, 0, 0, 0].Fig. 15. Distribution of intensity and polarization in the case of a hybrid radial-azimuthal distribution of the slopes of the linear polarization of subbeams (the magnitude of the slope is indicated in parentheses) and the phase shift φ T j = [0, 0, 0, 0, 0, 0].
Фиг. 16. Распределение интенсивности и поляризации в случае гибридного радиально-азимутального распределения наклонов линейной поляризации субпучков (величина наклона указана в скобках) и сдвигом фаз φT j =[0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/3].Fig. 16. Distribution of intensity and polarization in the case of a hybrid radial-azimuthal distribution of the slopes of the linear polarization of subbeams (the magnitude of the slope is indicated in parentheses) and the phase shift φ T j =[0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/ 3].
Фиг. 17. Распределение интенсивности и поляризации в случае гибридного азимутально-радиального распределения наклонов линейной поляризации субпучков (величина наклона указана в скобках) и сдвигом фаз ϕT j =[0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/3].Fig. 17. Distribution of intensity and polarization in the case of a hybrid azimuth-radial distribution of the slopes of the linear polarization of subbeams (the magnitude of the slope is indicated in parentheses) and the phase shift ϕ T j = [0, π/3, 2π/3, π, 4π/3, 5π/ 3].
Claims (5)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2804262C1 true RU2804262C1 (en) | 2023-09-26 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103033944A (en) * | 2012-12-04 | 2013-04-10 | 广东汉唐量子光电科技有限公司 | Polarization beam-combination device for pulsed laser |
CN104216123A (en) * | 2014-09-26 | 2014-12-17 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | Fiber laser array group beam system based on self-adaptation polarization and phase control |
US9042017B1 (en) * | 2008-09-23 | 2015-05-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Apparatus and method for producing an annular composite far-field patterned beam(s) |
US20150234195A1 (en) * | 2014-02-18 | 2015-08-20 | Lockheed Martin Corporation | Apparatus and method for fiber-laser output-beam shaping for spectral beam combination |
RU2648975C2 (en) * | 2016-08-08 | 2018-03-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | Method for obtaining a scalar vortex beam and device for its implementation |
RU2716887C1 (en) * | 2019-08-13 | 2020-03-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Method of forming a laser beam with arbitrarily given intensity distribution in a far optical field and a device for its implementation |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9042017B1 (en) * | 2008-09-23 | 2015-05-26 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Apparatus and method for producing an annular composite far-field patterned beam(s) |
CN103033944A (en) * | 2012-12-04 | 2013-04-10 | 广东汉唐量子光电科技有限公司 | Polarization beam-combination device for pulsed laser |
US20150234195A1 (en) * | 2014-02-18 | 2015-08-20 | Lockheed Martin Corporation | Apparatus and method for fiber-laser output-beam shaping for spectral beam combination |
CN104216123A (en) * | 2014-09-26 | 2014-12-17 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | Fiber laser array group beam system based on self-adaptation polarization and phase control |
RU2648975C2 (en) * | 2016-08-08 | 2018-03-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | Method for obtaining a scalar vortex beam and device for its implementation |
RU2716887C1 (en) * | 2019-08-13 | 2020-03-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | Method of forming a laser beam with arbitrarily given intensity distribution in a far optical field and a device for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11243450B2 (en) | Saw modulator having optical power component for extended angular redirection of light | |
Breer et al. | Low-crosstalk WDM by Bragg diffraction from thermally fixed reflection holograms in lithium niobate | |
CN109164663B (en) | Miniaturized entanglement source, preparation method thereof and device-independent quantum random number generator | |
US9772484B2 (en) | Light modulating device | |
US7817688B2 (en) | Phase and polarization controlled beam combining devices and methods | |
US9778475B2 (en) | Universal polarization converter | |
US7009709B2 (en) | Active control of two orthogonal polarizations for heterodyne beam delivery | |
US20080084605A1 (en) | Method and system for hybrid coherent and incoherent diffractive beam combining | |
KR102638103B1 (en) | Method and device for cooling and trapping atoms | |
CN111194419A (en) | Additional imaging module for off-axis recording of polarization encoded waves | |
CN113959426A (en) | Raman light parallelism adjusting device and method for atomic interference gyroscope | |
US6961130B2 (en) | Heterodyne beam delivery with active control of two orthogonal polarizations | |
RU2804262C1 (en) | Method for amplitude, phase and polarization control in phased array of fibre amplifiers and control of distributed state of intensity, wave front and polarization of synthesized beam in the far optical field and device for its implementation | |
CA2848178C (en) | Wavelength selection polarization controller | |
Fu et al. | Vector Beams and Vectorial Vortex Beams | |
RU2648975C2 (en) | Method for obtaining a scalar vortex beam and device for its implementation | |
RU2716887C1 (en) | Method of forming a laser beam with arbitrarily given intensity distribution in a far optical field and a device for its implementation | |
NL1026613C2 (en) | Improved polarization controller using spatial filtering. | |
US4145607A (en) | System and method for shaping pulses of optical radiation | |
Adamov et al. | Phase control of an azimuthally polarized beam synthesized by an array of fiber lasers | |
JP2018087885A (en) | Polarization control device and polarization control method | |
Antonov | Acousto-optic commutation of fiber-optic channels | |
Adamov et al. | Vortex beam generation by means of control of the piston shift of a fiber array using a phase forming DOE in active feedback loop | |
Adamov et al. | Controlling the polarization structure of vector beams synthesized by a fiber laser array | |
Karpeev et al. | Interference shaper of polarization-inhomogeneous laser beams based on a spatial light modulator |