一種實(shí)時(shí)光場(chǎng)重構(gòu)結(jié)構(gòu)和重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)光場(chǎng)重構(gòu)結(jié)構(gòu)重構(gòu)方法，能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地重構(gòu)出光場(chǎng)的振幅、 相位以及偏振態(tài)，主要應(yīng)用于光場(chǎng)參數(shù)測(cè)量、相干光通信、光傳感、醫(yī)學(xué)成像、高精度的光頻 傳遞等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 振幅、相位和偏振是光場(chǎng)的三個(gè)基本特征參量。經(jīng)典的標(biāo)量衍射理論主要涉及光 場(chǎng)的振幅和相位參量。隨著對(duì)光場(chǎng)矢量性研宄的不斷深入，光場(chǎng)的偏振態(tài)在研宄光子的本 質(zhì)屬性以及光與物質(zhì)的相互作用中起到了越來(lái)越重要的作用。因此，重構(gòu)出具有振幅、相 位、偏振態(tài)三個(gè)基本特征的光場(chǎng)矢量具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003] 為了實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)的重構(gòu)，人們提出了若干技術(shù)方案。在先技術(shù)一：黃博，光相位調(diào)制 格式解調(diào)與相干探測(cè)研宄[D]，華中科技大學(xué)，2013。提出了一種偏振分集相位分集光相干 接收機(jī)，把信號(hào)光和本振光均分為兩個(gè)正交的偏振態(tài)，讓偏振態(tài)相同的光經(jīng)過(guò)各自的相位 分集接收機(jī)接收，同時(shí)分離解調(diào)出信號(hào)光的相位信息和偏振信息。
[0004] 在先技術(shù)二：楊飛，蔡海文，陳迪俊，瞿榮輝，激光器噪聲特性的測(cè)量裝置，中國(guó)專 利2011103172609. 3 (2012. 02. 15公布），提出了一種基于3X3耦合器的邁克爾遜干涉儀的 差分相位解調(diào)技術(shù)，成功地解調(diào)出激光器的差分相位信息，并在此基礎(chǔ)上測(cè)量出激光器的 相位噪聲。
[0005] 在先技術(shù)一的缺點(diǎn)在于解調(diào)信號(hào)光的相位和偏振信息時(shí)需要一個(gè)額外的本振光， 增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，而且解調(diào)的相位和偏振信息內(nèi)始終包含有本振光的信息。在先技術(shù) 二解調(diào)出了激光的差分相位信息，但并沒(méi)有得到實(shí)時(shí)的相位信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服在先技術(shù)一的缺點(diǎn)，同時(shí)為了得到光場(chǎng)矢量振幅、相位、偏振三方面的參 數(shù)，更完整地重構(gòu)出激光光場(chǎng)，在先技術(shù)二的基礎(chǔ)上提出了一種實(shí)時(shí)光場(chǎng)重構(gòu)技術(shù)。該技術(shù) 利用在先技術(shù)二中提出的基于3 X 3耦合器的邁克爾遜干涉儀（其結(jié)構(gòu)如圖3所示）解調(diào)待 測(cè)激光光場(chǎng)的差分相位，然后通過(guò)一個(gè)固定關(guān)系得到光場(chǎng)的相位參數(shù)；同時(shí)通過(guò)光強(qiáng)直接 探測(cè)得到光場(chǎng)的振幅參數(shù)，通過(guò)偏振分束器得到偏振參數(shù)，能重構(gòu)出待測(cè)激光的瞬時(shí)光場(chǎng)， 具有實(shí)時(shí)性、完整性的特點(diǎn)。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0008] -種實(shí)時(shí)光場(chǎng)重構(gòu)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)在于，包括偏振分束器、第一親合器、第二親合器、 基于3X3耦合器的第一邁克爾遜干涉儀和第二邁克爾遜干涉儀、第一光電探測(cè)器、第二光 電探測(cè)器、第三光電探測(cè)器、第四光電探測(cè)器、第五光電探測(cè)器、第六光電探測(cè)器、第七光電 探測(cè)器、第八光電探測(cè)器、數(shù)據(jù)采集卡以及計(jì)算機(jī)，其連接關(guān)系如下：
[0009] 所述的偏振分束器的第一輸出端口與所述的第一親合器的輸入端口相連，該偏振 分束器的第二輸出端口與所述的第二耦合器的輸入端口相連，待測(cè)激光經(jīng)所述的偏振分束 器分為偏振態(tài)正交的S光和p光，各自進(jìn)入所述的第一親合器和第二親合器；
[0010] 所述的第一親合器的第一端口與第一光電探測(cè)器的輸入端口相連，第一光電探測(cè) 器的輸出端口成為振幅解調(diào)的第一輸出端口，第一耦合器的第二端口與第一邁克爾遜干涉 儀的輸入端口相連，該第一邁克爾遜干涉儀的第一輸出端口與第二光電探測(cè)器相連、第二 輸出端口與第三光電探測(cè)器相連、第三輸出端口與第四光電探測(cè)器相連，第二光電探測(cè)器、 第三光電探測(cè)器和第四光電探測(cè)器的輸出端口成為相位解調(diào)的第一輸出端口、第二輸出端 口和第三輸出端口；
[0011] 第二親合器的第一端口與第五光電探測(cè)器的輸入端口相連，第五光電探測(cè)器的輸 出端口成為振幅解調(diào)的第二輸出端口，第二耦合器的第二端口與第二邁克爾遜干涉儀的輸 入端口相連，該第二邁克爾遜干涉儀的第一輸出端口與第六光電探測(cè)器相連、第二輸出端 口與第七光電探測(cè)器相連、第三輸出端口與第八光電探測(cè)器相連，第六光電探測(cè)器、第七光 電探測(cè)器和第八光電探測(cè)器的輸出端口成為相位解調(diào)的第四輸出端口、第五輸出端口和第 六輸出端口；
[0012] 振幅解調(diào)的第一輸出端口和第二輸出端口以及相位解調(diào)的第一輸出端口、第二輸 出端口、第三輸出端口、第四輸出端口、第五輸出端口和第六輸出端口均與所述的數(shù)據(jù)采集 卡的輸入端相連，該數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與計(jì)算機(jī)相連。
[0013] 所述的計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)第一光電探測(cè)器和第五光電探測(cè)器的光電流數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算 可以解調(diào)得到s光和p光的振幅；通過(guò)對(duì)第二光電探測(cè)器、第三光電探測(cè)器和第四光電探測(cè) 器的光電流數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算可以解調(diào)出s光的相位；通過(guò)對(duì)第六光電探測(cè)器、第七光電探測(cè) 器和第八光電探測(cè)器的光電流數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算可以解調(diào)出P光的相位。再根據(jù)解調(diào)出的S光 和P光的振幅以及相位，可以重構(gòu)出待測(cè)激光的光場(chǎng)矢量。
[0014] 特別強(qiáng)調(diào)的是，所述的邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)示意圖參見(jiàn)圖3。
[0015] -種實(shí)時(shí)光場(chǎng)重構(gòu)方法，其特點(diǎn)在于，該方法包括如下步驟：
[0016] ①首先標(biāo)定基于3X3耦合器的邁克爾遜干涉儀的儀器常數(shù)以及光電探測(cè)器響應(yīng) 度yn(n= 1，2,…，8);
[0017] ②測(cè)量八個(gè)光電探測(cè)器輸出的光電流，記為In(n= 1，2,…，8);
[0018]③計(jì)算光場(chǎng)矢量偏振態(tài)正交的s光和p光的光功率PjP Py，公式如下：
[0020] 式中：第一光電探測(cè)器的輸出光電流L和響應(yīng)度yi，第五光電探測(cè)器的輸出光電 流15和響應(yīng)度Y5;
[0021] ④計(jì)算光場(chǎng)矢量偏振態(tài)正交的s光和p光的瞬時(shí)振幅
[0022] ⑤計(jì)算光場(chǎng)矢量偏振態(tài)正交的s光和p光的瞬時(shí)相位代和，公式如下：
[0023]
[0024] 式中：為待測(cè)激光通過(guò)基于3X3耦合器的邁克爾遜干涉儀解調(diào)后的差分 相位，A朽的由第二到第四光電探測(cè)器輸出的光電流I n(n = 2, 3, 4)解調(diào)獲得， 由第六到第八光電探測(cè)器輸出的光電流In(n = 6, 7, 8)解調(diào)獲得，和分別 AA⑴和⑷的微分；
[0025] ⑥重構(gòu)完整準(zhǔn)確的光場(chǎng)矢量，表示為
[0026]
[0027]式中：i、夕分別表不光場(chǎng)矢量s和p兩個(gè)正交偏振態(tài)的基矢。
[0028] 本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是：
[0029] 1)本發(fā)明對(duì)基于3X3耦合器的邁克爾遜干涉儀沒(méi)有嚴(yán)格的限制條件，儀器常數(shù) 只需要在最初使用前進(jìn)行一次校準(zhǔn)即可，具有簡(jiǎn)便性。
[0030] 2)本發(fā)明不需要本振光作參考，對(duì)待測(cè)激光沒(méi)有任何限制，具有可靠性。
[0031] 3)本發(fā)明在線采集和處理探測(cè)到的信號(hào)，具有實(shí)時(shí)性。
[0032] 4)本發(fā)明可以同時(shí)解調(diào)出待測(cè)激光的振幅、相位以及偏振這三個(gè)基本特征參數(shù)， 具有完整性。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖
[0034] 圖2是本發(fā)明的方法流程圖
[0035] 圖3是在先技術(shù)二中邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
[0037] 本發(fā)明的一種新的實(shí)時(shí)光場(chǎng)重構(gòu)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其連接關(guān)系如 下：
[0038] 所述的待測(cè)激光0與所述的偏振分束器6相連，所述的偏振分束器6的第一輸出 端口與所述的第一親合器61的輸入端口相連，所述的偏振分束器6的第二輸出端口與所述 的第二親合器62的輸入端口相連。
[0039]第一親合器的第一端口 611與第一光電探測(cè)器411的輸入端口相連，第一光電探 測(cè)器411的輸出端口成為振幅解調(diào)的第一輸出端口。第一親合器的第二端口 612與第一邁 克爾遜干涉儀31的輸入端口相連，該第一邁克爾遜干涉儀的第一輸出端口與第二光電探 測(cè)器412相連、第二輸出端口與第三光電探測(cè)器413相連、第三輸出端口與第四光電探測(cè)器 414相連，第二光電探測(cè)器、第三光電探測(cè)器和第四光電探測(cè)器的輸出端口成為相位解調(diào)的 第一輸出端口、第二輸出端口和第三輸出端口。
[0040] 第二親合器的第一端口 62