Схема установки системы фазовой калибровки OPA.
Предоставлено: Light: Advanced Manufacturing (2023). DOI: 10.37188/lam.2023.010

Ограниченное производственным уровнем накопление конструктивных погрешностей ухудшает качество отклоняющей балки. Кроме того, случайный фазовый шум, вызванный производственными факторами, приводит к угловому отклонению и низкой энергоэффективности.

Исследователи оптимизировали распределение в дальней зоне, чтобы улучшить характеристики OPA в управлении лучом, фокусировке и энергоэффективности. Фазовое распределение волнового фронта определяется с помощью фазового датчика или алгоритма восстановления фазы. Однако сложно построить сложную систему для регулировки оптического пути и получения светового поля.

В новой статье, опубликованной в журнале Light: Advanced Manufacturing, группа ученых во главе с профессором Минджи Сунь из Бэйханского университета теоретически и экспериментально доказала существование оптической системы фазовой калибровки.

В последнее время подходы фазовой калибровки, основанные на адаптивной оптике, были в центре внимания исследований, связанных с OPA. Этот подход больше не требует определения фазы и реконструкции волнового фронта, а напрямую оптимизирует напряжение каждого элемента для получения оптимальной эффективности отклонения луча. Такие адаптивные подходы к оптимизации включают алгоритм имитации отжига, генетический алгоритм и алгоритм быстрого поиска и имеют простую экспериментальную установку и расчет.

Обычно используемый подход использует алгоритм стохастического параллельного градиентного спуска (SPGD) для оптимизации формы волнового фронта, что повышает производительность многоканальной обработки и уменьшает ограничения на целевую функцию. Однако при увеличении числа элементов массива оптимизация может быть легко захвачена локальным минимумом из-за невыпуклого характера оптимизации, и скорость сходимости функции оценки значительно снижается.

Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа предлагает альтернативный подход для выполнения быстрого и точного отклонения луча OPA. При таком подходе фазовая калибровка проводится индивидуально для каждого элемента массива с использованием тщательно разработанной механики. В дальнейшем на основе этого метода дифракционная эффективность ОПУ в дальней зоне неуклонно возрастает, а теоретический предел получается линейно и детерминировано.

Результаты численного моделирования и экспериментов показывают, что по сравнению с типичным алгоритмом SPGD предлагаемый подход поточечной оптимизации увеличивает скорость сходимости на 53,5% при снижении затрат времени на 9,7%. Это указывает на то, что подход поточечной оптимизации сочетает в себе характеристики глобального поиска и точной калибровки в разных частях вычислительного процесса, тем самым уменьшая количество итераций и повышая скорость сходимости.

Предлагаемое моделирование и экспериментальные результаты демонстрируют, что подход поточечной калибровки обеспечивает быструю и точную фазовую калибровку. С помощью тщательно разработанной механики подход к точечной калибровке реализует выбор различных элементов. Это тип детерминированного подхода, который улучшает дифракционную эффективность OPA. Он сочетает в себе характеристики глобального поиска и точной калибровки и значительно снижает количество итераций. Правильное разделение в процессе фазовой калибровки также снижает вычислительные затраты.

По сравнению с типичным адаптивным оптическим подходом предлагаемый подход к точечной калибровке по-прежнему демонстрирует превосходную скорость сходимости и энергоэффективность. Экспериментальный результат подхода поточечной калибровки намного ближе к данным моделирования, что указывает на его преимущество в надежности.

В заключение можно сказать, что подход поточечной оптимизации эффективен и надежен для улучшения управления и фокусировки луча. Предлагаемый подход выполняет быструю и детерминированную фазовую калибровку с использованием процесса поточечной и сегментной коррекции, что может быть потенциально рентабельным и высокопроизводительным OPA. Этот подход показал практическую ценность в автономных транспортных средствах и LiDAR.