基于达曼光栅耦合的光纤阵列能量传输系统

佘日银; 李德洪; 陈东文; 李勇

doi:doi:10.3788/LOP202158.0105001

激光与光电子学进展, 2021, 58 (1): 0105001, 网络出版: 2021-01-27

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Fiber Array Energy Transmission System Based on Dammann Grating Coupling

佘日银 ¹李德洪 ²陈东文 ¹李勇 ^1,*

作者单位

¹ 上海交通大学机械与动力工程学院,上海 200240

² 中国直升机设计研究所,天津 300308

图 & 表

图 1. 基于达曼光栅耦合的光纤阵列能量传输系统

Fig. 1. Fiber array energy transmission system based on Dammann grating coupling

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图 2. 准直透镜系统

Fig. 2. Collimating lens system

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图 3. 达曼光栅单位周期复振幅透过率分布

Fig. 3. Complex amplitude transmittance distribution over unit period of Dammann grating

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图 4. 子光斑分布

Fig. 4. Distribution of sub-spot

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图 5. 基模高斯光不同周期数达曼光栅光功率密度分布。（a）8周期;（b）14周期

Fig. 5. Optical power density distribution of different period numbers Dammann grating with fundamental mode Gaussian beam. (a) 8 periods; (b) 14 periods

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图 6. 入射光束腰半径0.5 mm时14周期达曼光栅光功率密度分布

Fig. 6. Optical power density distribution of 14 periods Dammann grating when incident beam waist radius is 0.5 mm

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图 7. 实验系统

Fig. 7. Experiment system

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图 8. 光斑直径测量

Fig. 8. Light spot radius measurement

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图 9. 分束前后光斑大小

Fig. 9. Spot size before and after beam splitting

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图 10. 系统参数设计流程图

Fig. 10. Diagram of system parameters design

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表 1达曼光栅单位周期相位突变点坐标

Table1. Phase jump points coordinate in unit period of Dammann grating

l	a_l	b_l
1	0	0.1144
2	0.2088	0.5000
3	0.6144	0.7088

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表 2各级达曼光栅衍射效率

Table2. Diffraction efficiency of Dammann grating

Diffraction level	Diffraction efficiency
$\pm 1$	0.1412
$\pm 3$	0.1404
$\pm 5$	0.1409

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表 3仿真参数

Table3. Simulation parameters

Parameter	$λ$ /μm	$w_{0}''$ /mm	$d$ /mm	$n$	$F$ /mm
Value	0.532	1	1	8	120

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表 4分束前后光斑大小

Table4. Spot size before and after beam splitting

No.	$d_{fo}$ /μm	$d_{sp}$ /μm	$Δ$ /%
1	60	57	-5.0
2	80	80	0.0
3	106	116	9.4
4	233	236	1.3
5	326	303	-7.1

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表 5子光斑间距

Table5. Sub-spots spacing

No.	$s$ /mm	$z$ /mm	$s_{ca}$ /mm	$Δ$ /%
1	1.72	53	1.70	-1.2
2	1.98	63	2.02	2.0
3	2.18	67	2.14	-1.8
4	2.66	75	2.40	-9.8
5	2.90	88	2.82	-2.6

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佘日银, 李德洪, 陈东文, 李勇. 基于达曼光栅耦合的光纤阵列能量传输系统[J]. 激光与光电子学进展, 2021, 58(1): 0105001. She Riyin, Li Dehong, Chen Dongwen, Li Yong. Fiber Array Energy Transmission System Based on Dammann Grating Coupling[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2021, 58(1): 0105001.

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图 1. 基于达曼光栅耦合的光纤阵列能量传输系统

Fig. 1. Fiber array energy transmission system based on Dammann grating coupling

图 2. 准直透镜系统

Fig. 2. Collimating lens system

图 3. 达曼光栅单位周期复振幅透过率分布

Fig. 3. Complex amplitude transmittance distribution over unit period of Dammann grating

图 4. 子光斑分布

Fig. 4. Distribution of sub-spot

图 5. 基模高斯光不同周期数达曼光栅光功率密度分布。（a）8周期;（b）14周期

Fig. 5. Optical power density distribution of different period numbers Dammann grating with fundamental mode Gaussian beam. (a) 8 periods; (b) 14 periods

图 6. 入射光束腰半径0.5 mm时14周期达曼光栅光功率密度分布

Fig. 6. Optical power density distribution of 14 periods Dammann grating when incident beam waist radius is 0.5 mm

图 7. 实验系统

Fig. 7. Experiment system

图 8. 光斑直径测量

Fig. 8. Light spot radius measurement

图 9. 分束前后光斑大小

Fig. 9. Spot size before and after beam splitting

图 10. 系统参数设计流程图

Fig. 10. Diagram of system parameters design

表 1达曼光栅单位周期相位突变点坐标

Table1. Phase jump points coordinate in unit period of Dammann grating

表 2各级达曼光栅衍射效率

Table2. Diffraction efficiency of Dammann grating

表 3仿真参数

Table3. Simulation parameters

表 4分束前后光斑大小

Table4. Spot size before and after beam splitting

表 5子光斑间距

Table5. Sub-spots spacing

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图 2. 准直透镜系统

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Fig. 3. Complex amplitude transmittance distribution over unit period of Dammann grating

图 4. 子光斑分布

Fig. 4. Distribution of sub-spot

图 5. 基模高斯光不同周期数达曼光栅光功率密度分布。（a）8周期;（b）14周期

Fig. 5. Optical power density distribution of different period numbers Dammann grating with fundamental mode Gaussian beam. (a) 8 periods; (b) 14 periods

图 6. 入射光束腰半径0.5 mm时14周期达曼光栅光功率密度分布

Fig. 6. Optical power density distribution of 14 periods Dammann grating when incident beam waist radius is 0.5 mm

图 7. 实验系统

Fig. 7. Experiment system

图 8. 光斑直径测量

Fig. 8. Light spot radius measurement

图 9. 分束前后光斑大小

Fig. 9. Spot size before and after beam splitting

图 10. 系统参数设计流程图

Fig. 10. Diagram of system parameters design

表 1达曼光栅单位周期相位突变点坐标

Table1. Phase jump points coordinate in unit period of Dammann grating

表 2各级达曼光栅衍射效率

Table2. Diffraction efficiency of Dammann grating

表 3仿真参数

Table3. Simulation parameters

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