本技术涉及激光整形领域，尤其涉及光整形系统、光束调制方法及相关装置。
背景技术：
1、激光具有能量密度高、方向性好、相干性强等优点，在探测、信息传输、材料加工、生物技术领域等领域具有重大应用价值。激光器发出的激光光束，其能量一般呈现高斯分布(能量呈高斯分布的光束简称为高斯光束)，即：光束中的强度分布不均匀。生产生活中，经常需要将高斯光束转换为其他强度分布的光束。例如，材料加工领域通常需要将高斯光束整形为平顶光束来消除不良效果；而信息技术领域中，将高斯光束整形为漩涡光束从而携带更多信息。
2、为了将激光光束整形为其他强度分布形式的光束，人们提供了多种整形技术。这些整形技术大都通过光学元件来进行扩束、折射、干涉等操作，从而实现整形。这种通过光学元件来实现整形的方式通常只能得到某一种特定强度分布的光束，灵活性较差，难以满足用户的需求。
3、如何提高光束整形的灵活性，是本领域人员正在研究的热点。
技术实现思路
1、本技术实施例提供光整形系统、光束调制方法及相关装置，能够提升光束整形的灵活性，提高调制的准确性。
2、第一方面，本技术实施例提供了一种光整形系统，包括第一分束器、第一图像传感器和空间光调制器(spatial light modulator，slm)。其中，第一分束器用于分束第一光束，得到第二光束和第三光束；第一图像传感器用于接收所述第二光束并获取所述第二光束的光束信息，所述第二光束的光束信息用于得到第一调制数据，所述第一调制数据用于指示目标光束的强度分布和相位；
3、所述slm用于根据所述第一调制数据，基于所述第三光束调制得到第四光束。
4、本技术实施例中，第二光束和第三光束来自于相同的光束，使得第二光束和第三光束在强度分布和相位上具有映射关系。通过第二光束的光束信息即可以推导出第三光束的光束信息。
5、因此，通过设置第一图像传感器来获取第二光束的光束信息，相当于获取了slm处输入的第三光束的光束信息(即输入光束的初始特征)，而基于调制数据可以针对性地对输入的第三光束进行调制，得到第四光束，第四光束的特征更接近目标光束的特征。当目标光束的光束信息不同，对应的调制数据也不同，从而可以调制得到具有不同特征的第四光束，从而提升光束整形的灵活性。
6、另外，由于在生成调制的数据的过程中，获取了slm处输入的第三光束的状态。即便输入的第一光束产生变化，也可以针对输入的光束的变化进行相应的调整，更新调制数据，使得调制结果更接近目标光束。即，本技术实施例可以提高调制的准确性。
7、在第一方面的一种可能的实施方式中，所述第二光束的强度分布与所述第三光束的强度分布具有映射关系。
8、一些场景中，光束的强度分布与光束传播的距离(或光程)相关。通过第二光束传播的距离(即第一分束器至第一图像传感器之间的距离)和第三光束传播的距离(即第一分束器至slm之间的距离)，以及第二光束在第一图像传感器处的强度分布，可以推导出第三光束在第二图像传感器处的强度分布。
9、可选的，第二光束的臂长和所述第三光束的臂长相同。相应的，第二光束和第三光束的强度分布则对应相同。这样设置，可以在确定调制数据时简化计算流程，降低复杂度。应理解，这里的“臂长相同”并非严格意义上的相同，可能受到测量误差、器件的振动、或器件老化等影响，第二光束和第三光束之间的臂长可能存在微小的差别，例如二者的差别可以落入±3mm的范围内。类似的，“强度相同”也并非严格意义上的相同。
10、作为一种可能的设计，臂长相同可以通过器件之间的位置来实现。例如，第一分束器至第一图像传感器之间的距离，和，第一分束器至slm之间的距离相同。
11、在第一方面的一种可能的实施方式中，所述第二光束的相位和所述第三光束相位具有映射关系。
12、光束的相位与光束传播的距离(或光程)相关。可选的，第二光束的臂长和所述第三光束的臂长相同。相应的，第二光束和第三光束的相位则相同。
13、在第一方面的一种可能的实施方式中，第四光束与目标光束之间的差别小于第三光束与目标光束的差别。即，经过slm调制后的光束，其特征更接近目标光束的特征。例如，第四光束的强度分布与目标光束的强度分布的差别更小。
14、在第一方面的一种可能的实施方式中，第四光束与目标光束特征相同。当然，这里的相同并非完全相同，例如，受slm的调制精度、器件老化的影响等可能存在误差。
15、在第一方面的一种可能的实施方式中，第一调制数据可以是根据第二光束的光束信息和目标光束的信息得到的。例如，依靠第二光束的光束信息和目标光束的光束信息，可以计算得到与目标光束的特征相匹配的相位图，该相位图可以输出作为第一调制数据。
16、可选的，在输出之前，相位图还可能经过其他处理，这里的其他处理可以包含修正、更新等。例如，在相位图上叠加棱镜相位。
17、在第一方面的一种可能的实施方式中，所述第二光束的光束信息指示所述第二光束的强度分布。进一步可选的，第二光束的强度分布与所述第三光束的强度分布相同。
18、在第一方面的一种可能的实施方式中，所述第二光束的光束信息指示所述第二光束的相位。
19、在第一方面的一种可能的实施方式中，所述光整形系统还包含第二分束器和第二图像传感器，
20、所述第二分束器用于分束所述第四光束，得到第五光束和第六光束；
21、所述第二图像传感器用于接收第五光束并得到所述第五光束的光束信息。
22、这种实施方式中，第五光束和第六光束由第四光束分光得到，其特征具有映射关系。使用第二图像传感器接收第五光束，基于第五光束的光束信息能够监测第六光束的特征，便于更好的了解调制的结果，提升用户体验。
23、其中，第五光束的光束信息指示第五光束的强度分布、或相位等。
24、在第一方面的一种可能的实施方式中，第一分束器为比例分光的分束器。例如，第一分束器的分束比例可以是半透半反、40％透过60％反射、10％透过90％反射等。类似的，第二分束器也可以为比例分光的分束器。
25、可选的，所述第一分束器的分束比例为半透半反，所述第五光束和所述第六光束的能量比例为1：9。
26、在第一方面的一种可能的实施方式中，所述第五光束的强度分布与所述目标光束的强度分布之间的差别满足预设条件；
27、所述第五光束的光束信息用于更新所述第一调制数据得到第二调制数据；
28、所述slm还用于根据所述第二调制数据，基于所述第三光束调制得到第七光束。
29、这种实施方式中，基于对第五光束的检测，可以形成对调制过程的反馈。在第二光束的强度分布与目标光束的差别较大时，更新第一调制数据，进一步提升调制结果的准确性。
30、需要说明的是，上述反馈过程可以执行多次，直到调制后光束与目标光束之间的差别不满足预设条件，保证调制结果的准确性。
31、在第一方面的一种可能的实施方式中，在调制后光束的强度分布与目标光束的强度分布的二维均方差值大于(或大于等于)预设阈值时，则根据调制后的光束的强度分布计算补偿相位图，并将补偿相位图和第一调制数据叠加，得到第二调制数据。第二调制数据可以提供给slm，从而基于更新后的调制数据进行调制，得到更加接近目标光束的光束。
32、在第一方面的一种可能的实施方式中，所述slm包含反射式slm。
33、当光束入射反射式slm后，会被反射式slm反射，入射光和出射光位于slm同侧。一方面，反射式slm的像素单元的更小，光利用率更高；另一方面，入射光和反射光会经过反射式slm中的同侧液晶层，响应速度更快，调制效率更高。
34、在第一方面的一种可能的实施方式中，所述slm包含透射式slm。
35、当光束入射透射式slm后，会透过透射式slm，使入射光和出射光分居于slm两侧。透射式slm的入射光和出射光的光轴相同，其光路校准效率将会提升，有助于提升slm调制的准确度，提升最终的调制结果的准确性。
36、在第一方面的一种可能的实施方式中，所述光整形系统还包含滤波模组，所述滤波模组包含多个凸透镜以及设置在所述多个凸透镜之间的滤波小孔；
37、所述滤波模组用于对所述第四光束进行滤波处理。
38、通过滤波模组对光束进行处理，可以减少光束中的杂光，有助于提升最终的调制结果的准确性。
39、在第一方面的一种可能的实施方式中，所述滤波处理包含过滤所述第四光束中的高频光。由于光的频率越高，经过凸透镜以后的偏折角度越大，通过在凸透镜的焦点设置滤波小孔，使得高频光由于过度偏折而无法通过滤波小孔，达到过滤高频光的效果。
40、进一步的，无法通过滤波小孔的光频率，与滤波小孔的中心相对凸透镜的主光轴的偏移、滤波小孔的孔径等相关，可以根据用户的需求进行设计。
41、在第一方面的一种可能的实施方式中，所述滤波处理包含过滤未经slm调制的光。未经slm调制的光与经过slm调制的光束在通过凸透镜时具有不同的偏折角度，未经slm调制的光由于过度偏折而无法通过滤波小孔。
42、例如，调制数据中可以叠加水平方向上的棱镜相位，从而使得经过调制光相当于通过一次水平方向上的棱镜。此时未经调制的光则没有叠加水平方向的棱镜相位，从而在经过凸透镜后无法穿过滤波小孔。
43、在第一方面的一种可能的实施方式中，在光整形系统包含滤波模组和第二分束器的情况下，第二分束器与滤波模组的距离大于滤波模组在输入端的焦距。从而使得第二分束器分束所处理的光束更接近平行光束，提升对光束的监测结果的准确性，提升调制结果的可用性。
44、在第一方面的一种可能的实施方式中，所述滤波模组包含第一凸透镜、第二凸透镜和第一滤波小孔，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜具有共同的焦点，所述第一滤波小孔的设置位置与所述共同的焦点相关。
45、例如，第一滤波小孔的位置可以设置在焦点上，或者，靠近焦点的位置。可选的，所述第一滤波小孔的孔径与10～20倍衍射极限相关。
46、在第一方面的一种可能的实施方式中，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜的焦距相同。
47、在第一方面的一种可能的实施方式中，第一凸透镜和第二凸透镜的焦距也可以不相同。凸透镜的焦距不同，对光束的汇聚作用也不同，当改变滤波使用的透镜组的参数时，可以得到不同的输出光束，进一步提升灵活性，提升整个系统装置的可应用性。例如，输出光斑半径的大小可通过改变滤波模组中各光学元件的参数进行调整。
48、在第一方面的一种可能的实施方式中，所述第三光束的偏振方向与所述空间光调制器的偏振方向相同；
49、所述光整形系统还包含偏振片和波片，所述波片设置在所述偏振片和所述第一分束器之间；
50、所述偏振片用于改变所述第一光束的偏振状态，所述波片用于调整所述第一光束的偏振方向。
51、上述方式中，通过在光整形系统中设置偏振片和半波片，可以将入射slm的光束的偏振状态调整为对应slm的偏振状态，提高调制效率和调制结果的准确性。
52、可选的，波片可以为半波片。
53、在第一方面的一种可能的实施方式中，所述光整形系统还包含激光器，所述激光器用于产生激光光束。所述激光光束可以得到第一光束。
54、在第一方面的一种可能的实施方式中，所述光整形系统还包含激光器和扩束模组，所述扩束模组设置在所述激光器和所述第一分束器之间；
55、所述激光器用于产生激光光束，所述扩束模组用于对经过的光束进行扩束得到所述第一光束。
56、上述实施方式中，扩束模组对激光器产生的光束进行扩束，可以得到光斑面积更大的光束，提升调制后的光束的可用性。一些场景中，扩束模组还可以对光束进行准直，提高光束的准制度，提升调制效果。
57、在第一方面的一种可能的实施方式中，所述光整形系统还包含计算装置，所述计算装置与所述第一图像传感器和所述空间光调制器连接；
58、所述计算装置用于根据所述第二光束的光束信息和目标光束的光束信息生成所述第一调制数据，以及，向所述空间光调制器提供所述第一调制数据。
59、在这种实施方式中，在光整形系统中集成计算装置，通过计算装置来完成调制数据的生成和输出，可以提高处理效率，提升系统的集成度。
60、第二方面，本技术实施例提供一种光束调制方法，包括：
61、获取第二光束的光束信息，所述第二光束的光束信息指示所述第二光束的强度分布；
62、根据所述第二光束的光束信息和目标光束的光束信息，确定第一调制数据；
63、向空间光调制器输出所述第一调制数据，所述第一调制数据用于对第三光束进行调制；所述第三光束和所述第二光束由第一光束分束得到，所述第三光束和所述第二光束的臂长相同。
64、在第二方面的一种可能的实施方式中，所述第二光束的光束信息包含所述第二光束的强度分布。
65、可选的，所述目标光束的光束信息包含所述目标光束的强度分布。
66、在第二方面的又一种可能的实施方式中，所述第二光束的光束信息包含所述第二光束的相位。
67、可选的，所述目标光束的光束信息包含所述目标光束的相位。
68、在第二方面的又一种可能的实施方式中，所述根据所述第二光束的光束信息和目标光束的光束信息，确定第一调制数据，包括：
69、根据所述第二光束的光束信息和目标光束的光束信息，确定初始调制数据；
70、根据水平棱镜相位，更新所述初始调制数据，得到所述第一调制数据。
71、其中，水平棱镜相位是指光经过水平棱镜后的相位。例如，在初始调制数据上叠加一层目标光束经过水平棱镜后的相位。
72、在第二方面的又一种可能的实施方式中，所述方法还包括：
73、获取第五光束的光束信息，所述第五光束由第四光束分束得到，所述第四光束由所述第三光束调制得到；
74、根据所述第五光束的光束信息和所述目标光束的光束信息，更新所述第一调制数据得到第二调制数据；
75、向所述空间光调制器输出所述第二调制数据，所述第二调制数据用于对第三光束进行调制。
76、在第二方面的又一种可能的实施方式中，所述第五光束的光束信息指示所述第五光束的强度分布，所述第五光束的强度分布与所述目标光束的强度分布之间的差别满足预设条件。
77、在第二方面的又一种可能的实施方式中，所述根据所述第五光束的光束信息和所述目标光束的光束信息，更新所述第一调制数据得到第二调制数据，包括：
78、根据所述第五光束的光束信息和所述目标光束的光束信息，确定补偿调制数据；
79、根据所述补偿调制数据和所述第一调制数据，生成所述第二调制数据。
80、第三方面，本技术实施例提供一种计算装置，所述计算装置包含获取单元、处理单元和输出单元。该计算装置用于实现第二方面或者第二方面的任一项实施方式所描述的方法。
81、在第三方面的一种可能的实施方式中，所述获取单元，用于获取第二光束的光束信息，所述第二光束的光束信息指示所述第二光束的强度分布；
82、所述处理单元，用于根据所述第二光束的光束信息和目标光束的光束信息，确定第一调制数据；
83、所述输出单元，用于向空间光调制器输出所述第一调制数据，所述第一调制数据用于对第三光束进行调制；所述第三光束和所述第二光束由第一光束分束得到，所述第三光束和所述第二光束的臂长相同。
84、在第三方面的一种可能的实施方式中，所述第二光束的光束信息包含所述第二光束的强度分布。
85、可选的，所述目标光束的光束信息包含所述目标光束的强度分布。
86、在第三方面的又一种可能的实施方式中，所述第二光束的光束信息包含所述第二光束的相位。
87、可选的，所述目标光束的光束信息包含所述目标光束的相位。
88、在第三方面的又一种可能的实施方式中，所述处理单元，还用于：
89、根据所述第二光束的光束信息和目标光束的光束信息，确定初始调制数据；
90、根据水平棱镜相位，更新所述初始调制数据，得到所述第一调制数据。
91、其中，水平棱镜相位是指光经过水平棱镜后的相位。例如，在初始调制数据上叠加一层目标光束经过水平棱镜后的相位。
92、在第三方面的又一种可能的实施方式中，所述获取单元，还用于获取第五光束的光束信息，所述第五光束由第四光束分束得到，所述第四光束由所述第三光束调制得到；
93、所述处理单元，还用于根据所述第五光束的光束信息和所述目标光束的光束信息，更新所述第一调制数据得到第二调制数据；
94、所述输出单元，还用于向所述空间光调制器输出所述第二调制数据，所述第二调制数据用于对第三光束进行调制。
95、在第三方面的又一种可能的实施方式中，所述第五光束的光束信息指示所述第五光束的强度分布，所述第五光束的强度分布与所述目标光束的强度分布之间的差别满足预设条件。
96、在第三方面的又一种可能的实施方式中，所述处理单元，还用于：
97、根据所述第五光束的光束信息和所述目标光束的光束信息，确定补偿调制数据；
98、根据所述补偿调制数据和所述第一调制数据，生成所述第二调制数据。
99、第四方面，本技术实施例提供一种计算装置，该计算装置包括处理器和通信接口；通信接口用于输入和/或输出数据，或者，通信接口用于接收和/或发送数据，所述处理器用于执行计算机指令，以使得计算装置实现第二方面或者第二方面的任意一种可能的实施方式所描述的方法。
100、需要说明的是，上述第四方面所描述的计算装置所包含的处理器，可以是专门用于执行这些方法的处理器(便于区别称为专用处理器)，也可以是通过调用计算机程序(计算机程序包含计算机指令或者通过计算机程序可以得到计算机指令)来执行这些方法的处理器，例如通用处理器。可选的，至少一个处理器还可以既包括专用处理器也包括通用处理器。
101、可选的，上述计算机程序可以存在存储器中。示例性的，存储器可以为非瞬时性(non-transitory)存储器，例如只读存储器(read only memory，rom)，其可以与处理器集成在同一块器件上，也可以分别设置在不同的器件上，本技术实施例对存储器的类型以及存储器与处理器的设置方式不做限定。
102、在一种可能的实施方式中，上述至少一个存储器位于上述计算装置之外。
103、在又一种可能的实施方式中，上述至少一个存储器位于上述计算装置之内。
104、在又一种可能的实施方式之中，上述至少一个存储器的部分存储器位于上述计算装置之内，另一部分存储器位于上述计算装置之外。
105、本技术中，处理器和存储器还可能集成于一个器件中，即处理器和存储器还可以被集成在一起。
106、第五方面，本技术实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在至少一个处理器上运行时，实现前述第二方面或者第二方面的任意一种可能的实施方式所描述的方法。
107、第六方面，本技术提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括计算机指令，当所述指令在至少一个处理器上运行时，实现前述第二方面或者第二方面的任意一种可能的实施方式所描述的方法。
108、可选的，该计算机程序产品可以为一个软件安装包，在需要使用前述方法的情况下，可以下载该计算机程序产品并在计算设备上执行该计算机程序产品。
109、本技术第二至第六方面所提供的技术方案，其有益效果可以参考第一方面的技术方案的有益效果，此处不再赘述。
1.一种光整形系统，其特征在于，包括第一分束器、第一图像传感器和空间光调制器，其中：
2.根据权利要求1所述的光整形系统，其特征在于，所述第二光束的光束信息指示所述第二光束的强度分布，所述第二光束的强度分布与所述第三光束的强度分布相同。
3.根据权利要求1或2所述的光整形系统，其特征在于，所述光整形系统还包含第二分束器和第二图像传感器，
4.根据权利要求3所述的光整形系统，其特征在于，所述第五光束的强度分布与所述目标光束的强度分布之间的差别满足预设条件；
5.根据权利要求1-4任一项所述光整形系统，其特征在于，所述空间光调制器包含反射式空间光调制器或透射式空间光调制器。
6.根据权利要求1-5任一项所述的光整形系统，其特征在于，所述光整形系统还包含滤波模组，所述滤波模组包含多个凸透镜以及设置在所述多个凸透镜之间的滤波小孔；
7.根据权利要求6所述的光整形系统，其特征在于，所述滤波处理包含过滤所述第四光束中的高频光和/或未经所述空间光调制器调制的光。
8.根据权利要求6或7所述的光整形系统，其特征在于，所述滤波模组包含第一凸透镜、第二凸透镜和第一滤波小孔，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜具有共同的焦点，所述第一滤波小孔的设置位置与所述共同的焦点相关。
9.根据权利要求8所述的光整形系统，其特征在于，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜的焦距相同。
10.根据权利要求1-9任一项所述的光整形系统，其特征在于，所述第三光束的偏振方向与所述空间光调制器的偏振方向相同；
11.根据权利要求1-10任一项所述的光整形系统，其特征在于，所述光整形系统还包含激光器和扩束模组，所述扩束模组设置在所述激光器和所述第一分束器之间；
12.根据权利要求1-11任一项所述的光整形系统，其特征在于，所述光整形系统还包含计算装置，所述计算装置与所述第一图像传感器和所述空间光调制器连接；
13.一种光束调制方法，其特征在于，包括：
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二光束的光束信息包含所述第二光束的强度分布和所述第二光束的相位，所述目标光束的光束信息包含所述目标光束的强度分布和所述第二光束的相位。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二光束的光束信息和目标光束的光束信息，确定第一调制数据，包括：
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第五光束的光束信息指示所述第五光束的强度分布，所述第五光束的强度分布与所述目标光束的强度分布之间的差别满足预设条件。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述根据所述第五光束的光束信息和所述目标光束的光束信息，更新所述第一调制数据得到第二调制数据，包括：
19.一种计算装置，其特征在于，包含获取单元、处理单元和输出单元，所述计算装置用于实现权利要求13-18任一项所述的方法。
20.一种计算装置，其特征在于，所述计算装置包含处理器和通信接口，所述通信接口用于输入和/或输出数据，所述处理器用于实现权利要求13-18任一项所述的方法。
21.一种光束调制系统，其特征在于，所述光束调制系统包含如权利要求1-11任一项所述的光整形系统和权利要求19或20所述的计算装置，所述计算装置与所述光整形系统中的空间光调制器和第一图像传感器连接。
22.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序用于实现权利要求13-18任一项所述的方法。
