藍綠光（450–550 nm）激光器在水體中具有低損耗傳輸的特性，被譽為水下信息傳輸的“高速公路"，是構建水下高速無線光通信（UWOC）與高分辨率激光雷達（LiDAR）系統的理想波段。在動態復雜的海洋環境中，實現對激光束的快速、高精度指向控制，是充分發揮其潛力的關鍵。因此，發展一種光源本身即可實現靈活、可調控光束偏轉的技術，需求十分迫切。值得注意的是，盡管光束控制技術已得到廣泛研究，但針對藍綠光這一特定波段，能夠滿足上述動態控制需求的技術方案尚不多見。

       近期，國防科技大學周樸研究員團隊基于隨機激光非線性頻率變換和波長-角度映射機制，成功實現了非機械式的綠光光束偏轉。該方案通過構建波長可電控掃描的隨機光纖激光器，并結合色散元件，將波長變化線性轉化為光束偏轉，從而實現了無需機械運動部件的高穩定性光束控制。研究團隊設計并搭建了如圖1所示的激光系統，該系統主要由以下三個部分構成：

       波長可掃描的近紅外隨機光纖激光器：以結構簡單、時序穩定的隨機光纖激光器作為種子光源，集成聲光可調濾波器（AOTF）實現波長選擇，在1040–1090 nm范圍內實現了電控波長掃描，獲得了兼具穩定性和快速調諧能力的近紅外光源。

       非線性頻率變換至綠光波段：基于啁啾周期性極化鈮酸鋰（cPPLN）晶體的寬帶準相位匹配特性，通過非線性頻率變換將波長可掃描的近紅外隨機光纖激光轉換為波長同步掃描的綠光激光（520–545 nm），從而將波長掃描能力成功拓展至水下窗口波段。

       光譜掃描至光束空間偏轉的映射：最后，利用閃耀光柵作為色散元件，將波長的變化線性映射為對應的空間角度偏轉，從而實現了從光譜掃描到光束指向控制的同步電控。

圖1 基于波長掃描式綠光隨機激光實現非機械式光束偏轉的系統結構圖

       基于該系統，成功實現了中心波長在520–545 nm范圍內的連續綠光掃描，并同步完成了非機械式光束偏轉的驗證，典型結果如圖2和圖3所示。實驗結果表明，該系統的光束偏轉范圍為1.8°，最小角分辨率約為0.021°。整個波長掃描與光束偏轉過程由電控程序實現，無需任何機械運動部件，因此光束指向具有優異的穩定性（RMS值約為3 μrad）。

圖2 基于波長掃描式綠光隨機激光實現的非機械式光束偏轉。(a) 光束偏轉時的光斑圖案，(b) 偏轉角度與波長的關系以及光束指向抖動情況，(c) 不同掃描步長下的周期性光束偏轉

圖3 綠光隨機激光的光束偏轉動態掃描圖

       該研究實現了基于隨機激光的藍綠光波段電控波長掃描與非機械式光束偏轉，為水下光通信與探測系統提供了靈活可靠的光源解決方案。該方案結構簡潔，無需依賴空間光調制器或精密機械裝置，因而具有良好的環境適應性與系統穩定性。在實際應用中，該技術有望顯著提升水下無線光通信發射端對移動目標的快速掃描與動態跟蹤能力，從而增強復雜水體環境下通信鏈路的建立效率與可靠性。未來，研究團隊將進一步開展脈沖輸出研究，以提升非線性頻率變換的效率，并將光束偏轉能力擴展至二維空間，以更好地滿足水下高速光通信、高精度探測等實際應用的需求。

參考文獻： 中國光學期刊網

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