相干阵列光束光场调控机理与方法

The technique of optical field regulation of coherent beam array can be used for increasing the brightness of combined beam and producing some exotic laser beams. Coherent beam combination of laser array has been believed an approach to obtain high brightness laser beams. However, there are many lobs on the far-field pattern in coherent beam combination based on Gauss based mode beam array and the brightness of the combined beam is low. The technique of optical field regulation of coherent beam array can overcome this difficulty and increasing the brightness of combined beam. Various unconventional (exotic) laser beams in the form of vortex beams and chaotic beams have potential applications for active image, atmospheric turbulence, space laser communication and so on. Several approaches have been presented to produce these exotic beams, but it is still difficult to achieve an high power. The technique of optical field regulation of coherent beam array has been believed a new approach to producing the exotic beams. Therefor, we will detailedly research the technique of optical field regulation of coherent beam array in this project.

相干阵列光束光场调控在提升相干合成光束亮度和产生特种光束等方面拥有重要的应用价值。1、阵列光束的相干合成可有效提升输出激光亮度，具有广阔的应用前景。然而当前基于单模高斯光束阵列的相干合成，远场光斑中央主瓣能量仅占发射总能量的60%，合成光束亮度较低。阵列光束的光场调控有望突破这一瓶颈，进一步提升相干合成的光束亮度。2、混沌光束、涡旋光束等各种时空特性复杂的特种光束在主动成像、大气湍流补偿、空间光通信、科学研究等领域具有重要的应用价值。虽然当前已有多种实现方案，但灵活性较差，且在向高功率扩展时存在较大困难。相干阵列光束光场调控为特种光束的构建提供了一条新途径，有望解决上述两个难题。综上，本项目将在理论上深入研究单元光束和阵列光束的调控理论、阵元光束间的相互作用机理和调控算法；在实验上构建实验验证平台，实现相干合成光束亮度的提高和产生多种特种光束，为本领域的进一步发展提供参考。

相干阵列光束光场调控技术是构建复杂光场的重要途径之一，在实现高功率、大口径特种光束方面具有明显优势，是当前激光技术领域的研究热点之一。通过本项目研究，主要取得了如下进展：1、构建了相干阵列光束光场调控理论模型，分析了相干阵列光束的相位、光强分布对合成光束的影响，为阵列光束相干合成及特种光束产生提供了理论支撑；2、给出了相干合成光束亮度提升的优化方案，分析了阵列中单元光束排布、光强分布、相位分布、光斑形状等因素对远场光斑中央主瓣能量的影响。在理论上，平顶光束阵列相干合成是最优方案，远场光斑中央主瓣的能量达到约70%，实验上实现了7路截断高斯光束的相干合成，远场中央主瓣能量达到47%，超过目前报道最大值约10%；3、在国际上首次基于相干阵列光束光场调控技术实现了涡旋光束的产生。在实验中采用6路高斯光束环形排列，相位残差优于λ/30。在项目的支持下，培养博士研究生1名，硕士研究生1名，发表学术论文4篇，参加学术会议4次。