[發明專利]一種產生部分相干艾里光束的方法

有效

• 申請號: 201310018920.1
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103048791A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 趙承良;文偉;董元;蔡陽健
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及光束的傳輸與變換技術，具體涉及一種產生部分相干艾里光束的方法及其裝置，應用于生物醫學治療、光鑷、產生彎曲的等離子體通道和電子加速等領域。?

背景技術

空間有限大小的光波，由于攜帶了各個角度的傳播分量，在真空或均勻介質中線性傳播時能量總是趨于發散分布，稱為光束的衍射。傳播相同的距離，尺寸越小的光束發生這種現象越明顯。近來，微納光子學的研究如火如荼，光束在這個尺度上的衍射更加不可避免。因此對光束進行無衍射調控具有很重要的應用價值。

1987?年，美國羅徹斯特大學的光學專家J.Durnin首次提出無衍射光束,它是自由空間標量波動方程的一組特殊解，其場分布具有第一類零階貝塞耳函數???????????????????????????????????????????????的形式。它們的特點是在無界的自由空間傳播時，與傳播方向垂直的每個平面上光場分布不變，并且具有高度的局域化強度分布。無衍射光束電場強度的橫向分布很集中，光場絕對不遭受到衍射擴展。這類光束具有主光斑尺寸小（約為波長量級）?、強度高、方向性好、準直距離長等特點。它可以用于高精度定向或準直光學系統，也可作為光刀來探測大物體的性質，或對微米粒子進行光學操作，亦可用于激光加工如激光打孔等工業中。理想無衍射光束是非平方可積的，即攜帶無限大能量，物理上是不可能實現的。但的確有很多種試驗方法可以獲得有限束寬，即攜帶有限能量的近似無衍射光束。實際的近似無衍射光束在最大準直范圍內，橫截面上光束近似不變。無衍射光束與高斯光束比較各有優缺點，應當視不同應用目的而論。從這個意義上，人們更關注無衍射光束在光束準直、聚焦和整形中的實際意義的應用研究。

1979年，英國著名科學家M.?Berry從理論上提出了一種無衍射的艾里波包。2007年，美國中佛羅里達大學的科學家D.?Christodoulides等在光學領域實現了艾里波包即艾里光束（Physical?Review?Letters，Vol.99，No.21,213901-1～213904-4,2007）。艾里激光束具有非常誘人的三大特性：在傳播過程中自由加速（或橫向加速），類似于重力作用下彈丸運動的彈道；在傳播過程中近似保持無衍射；在傳播過程中具有自愈的特性。它們在光學顆粒清除、生物醫學治療、光學激光成絲、光鑷和微粒捕獲、產生彎曲的等離子體通道及電子加速等領域的應用體現出非凡的特性。

產生完全相干的艾里光束的方法非常多，比如用非線性光子晶體產生、用單透鏡及孔徑光闌產生、用二進制相位元件產生、用高分子分散液晶產生、用純相位圖像產生等方法。艾里光束的主瓣大小約為波長量級，與普通光束經過透鏡聚焦后焦點附近的光斑大小相近，因而能量很集中。由于艾里光束在長距離傳輸時有很強的局域特性，能在很長的距離內保持光波能量空間不擴散，相當于有很長的焦深，故特別適合應用到光與物質的相互作用方面。

近年來人們開始關注光場的調控，主要包括振幅調控、位相調控以及相干性調控三種。相干性調控已經被廣泛應用在光學成像,?大氣光通訊，激光材料表面熱處理、慣性約束核聚變、激光涂敷，激光掃描，激光全息，非線性光學等領域。相干性調控很重要的一點就是產生部分相干光束。部分相干光束的產生大致可以分為三種方法：第一種借助于現有的高相干性的激光，用動態散射體，如：旋轉的毛玻璃，聲光調制晶體，基于液晶的空間光調制器，來降低激光的相干性，通過散射體后光束相干性的大小主要取決于散射體的性質。第二種方法是基于由擴展光源發出的非相干光，利用Van-Citter-Zernike定理使之成為部分相干光，或用被動激光諧振腔，用這種方法產生的部分相干光束的光強一般都偏低。第三種方法是利用一些互不相干的激光本征模的疊加來產生部分相干光束。這種方法可以用多模激光諧振腔振蕩通過腔內調制，直接輸出所要求的光束模型，但現階段要人為合理的控制多模諧振腔的各個模式的振蕩并調節各個模式能量的權重是比較困難的，特別是實時調節各個模式的性質，而且制作成本也很高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，提供一種原理簡單，容易實現，具有實際應用價值的部分相干艾里光束的產生方法，及結構簡單，制造成本低的部分相干艾里光束的產生裝置。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是提供一種產生部分相干艾里光束的方法，包括如下步驟：

（1）對完全相干的高斯光束調整其相干性，得到部分相干高斯光束；

（2）將得到的部分相干高斯光束進行準直和光束強度分布整形處理；