基于傅里叶光学的相干组束自成像腔腔型设计理论研究

本文主要探讨了相干组束自成像腔的腔型设计理论，特别是在2009年由陈才蒙、颜凡江、付洁和李港四位作者在北京工业大学激光工程研究院完成的研究。该研究的核心目标是优化光纤组束谐振腔的设计，特别是针对自成像共振腔的特点，运用了傅里叶光学理论进行深入分析。 首先，论文着重讨论了三种关键元件的选择：傅里叶透镜、滤波器以及输出镜。傅里叶透镜在腔体设计中起着至关重要的作用，它能够将光波通过变换后在频谱面上分布均匀，确保光束的质量。滤波器的选择则涉及到如何筛选出特定频率的光，这对于保持相干性至关重要。输出镜的选择直接影响到光束的输出质量和方向，因此选择合适的输出镜对于腔体性能的优化不可忽视。 其次，文章提出了利用MATLAB进行数值模拟的方法，通过这种方式可以计算出空间滤波器的透过率函数，这是一种高效的设计工具，能够帮助工程师精确预测腔体的实际效果。通过模拟两个半径为55mm，相距240mm的圆形光场，研究者展示了经过傅里叶变换后的光场振幅和相位分布，以及它们之间的同相位分布图像，这对于理解光束的干涉特性非常重要。 接着，作者基于矩阵传输理论对整个腔体进行了深入分析，揭示了自成像无源共振腔稳定振荡的必要条件，这些条件包括腔体的尺寸、反射镜的位置和反射率等参数的精确匹配。同时，他们还探讨了如何通过优化设计提高振荡光光纤耦合效率，这对提升整个系统的性能具有实际指导意义。 最后，论文指出，虽然主动式相位锁定技术存在结构复杂和难以扩展的问题，而被动式相位锁定技术，尤其是自成像共振腔组束技术因其结构简单和易于实现多光纤激光器的相干合成而受到青睐。然而，当前的腔体设计缺乏理论模型，本文的研究为此提供了填补空白的关键理论框架，有助于改进现有腔型设计，使之更加适应实际应用的需求。 这篇文章不仅介绍了自成像腔的基本原理和关键元件选择，还提供了数值模拟方法和理论分析，为相干组束自成像腔的设计提供了实用的理论依据和技术路线。这在光纤激光器阵列锁相和相干合成技术领域具有较高的学术价值和实践意义。