近日，光电信息学院朱晓、朱广志课题组在多频声光分束领域取得重要进展。该团队的研究论文“Collaborative optimization of phase and amplitude of composite signals for acousto-optic beam splitting technology”在国际知名光学期刊《Optics Express》上发表。
图1论文封面
多频声光分束基于声光互作用原理，通过在声光介质中注入不同频率声场的叠加复合信号，同时产生各个声频率对应的声光布拉格衍射，实现无惯性、快刷新、光强和光向高精度可控的激光分束效果，在激光并行加工、光镊阵列、激光探测等激光应用中发挥着重要作用。
图2多频声光分束原理示意
然而，现有的多频声光分束应用中存在各个频率之间的互调现象，同时巨量分束下的分束强度难以自动化矫正。如何降低互调失真、提高分光强度的准确性已成为一个深入研究的问题。研究团队提出了一种声光器件多频复合信号相位与振幅协同优化方法，通过逐步缩减搜索空间的随机搜索算法搜寻最优多频信号相位；同时结合强度负反馈的调节机制，同步优化多频信号振幅，实现抑制声场信号互调失真的同时提升分束光强的准确度。
图3基于相位优化算法和振幅反馈方法的分束系统
实验结果表明，该协同优化方案在多种分束分布中均有良好效果。实验实现了无假点下的均方差小于0.02的均匀阵列分束、强度分布可控的分束和分束间距可控的分束。这为具有任意分束数量、强度分布和间距分布的分束应用提供了优秀的解决方案。
图4分束系统在不同优化阶段的图样、强度分布和驱动信号功率谱结果，其中驱动频率f1至f10为分布在 76 MHz 至 83.2 MHz 之间，间隔为 0.8 MHz的10个频点。(a)(b)(c) 未进行任何优化的结果。(d)(e)(f) 一轮优化后的结果，信号的相位已优化。(g)(h)(i) 完全优化信号相位和振幅后的结果。
图5(a)(b)等间隔排列、分束强度线性增加的光强分布图和驱动信号功率谱，其中驱动频率f1至f8为分布在 76 MHz 至 81.6 MHz 之间，间隔为 0.8 MHz的8个频率。(c)(d)不同间隔排列的均匀分束的光强分布图和驱动信号功率谱，其中驱动频率f1至f5分别为 75MHz、75.8MHz、77.4MHz、79.8MHz、83.8MHz。
该工作得到湖北省重点研发计划项目与国家重点研发计划的资助。光学与电子信息学院朱广志教授为通讯作者，硕士生孙圣开为第一作者，华中科技大学光学与电子信息学院为论文第一完成单位。
