[發明專利]部分相干多模高斯光束的產生系統、產生方法及測量裝置

有效

• 申請號: 201410198159.9
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN103941407A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 梁春豪;王飛;劉顯龍;蔡陽健
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B27/28
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

技術領域

本發明涉及應用光學技術領域，特別是涉及一種部分相干多模高斯光束的產生系統、產生方法及測量裝置。

背景技術

自激光出現，一直被人們利用與改進，極大地促進了社會的發展和進步。高相干性是激光四大基本特性之一，在很多領域人們一直利用這個特性，但是經過長期的實踐應用研究表明，低相干性的光束在某些應用領域(比如：大氣光通信、光學遙感等)比高相干光束更具優勢。在自然界，完全相干光是不存在的，相干長度都是一個有限值，人們把相干長度介于零到無窮大之間的這一類光束就稱為部分相干光束。部分相干光束的基本理論模型一般為高斯-謝爾模型，常用的光束源包括高斯謝爾模光源等。

近來，具有不同復相干度的部分相干光束引起了研究者們很大的興趣，特點在于：對其關聯函數進行調制，而非光源光強分布。其表現在于：其源場光強分布為高斯型，而遠場光強分布由關聯函數決定，由于關聯特性的不同，出現具有諸如橢圓、空心等特殊形狀光強。之前人們研究的光束是對源光強進行調制，那么在光束的傳輸的過程中，源平面以及近場光強分布是有調制函數來決定，但是隨著傳輸距離的增加，光束逐漸退變成高斯型。具有不同復相干度的部分相干光束的關聯特性決定其遠場光強分布，所以許多人對具有不同復相干度的光束進行了相關的研究和報道，Gori等人討論了標量部分相干光束和電磁隨機光束關聯函數應滿足的基本條件；基于這些基本條件，最近人們提出了很多關于具有不同復相干度的部分相干光束：Lajunen等人介紹了一類具有非均勻關聯分布的部分相干光束或部分相干脈沖，并表明這樣的光束顯示出一些特別的傳輸特性，比如說自聚焦和強度最大值的橫向漂移；Mei等人介紹了具有不同譜相干度都能在遠場產生環狀光斑的部分相干光束；Wang等人研究了橢圓高斯謝爾模、拉蓋爾高斯謝爾模和余弦-高斯關聯的部分相干高斯光束等等。

因為具有不同復相干度的部分相干光束的關聯特性決定其遠場光強分布，由于關聯特性的不同，從而具有諸如空心、平頂等特殊形狀，這些特殊的關聯和光強分布在微粒俘獲、熱處理、信息傳輸等領域具有廣泛的應用。因此，對部分相干光束的研究，特別是具有不同復相干度的部分相干光束的實驗研究具有重要的科學意義和實際價值。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種部分相干多模高斯光束的產生系統、產生方法及其測量裝置，部分相干多模高斯光束主要涉及到傳輸遠場光強分布為空心分布或平頂分布，其產生的部分相干多模高斯光束在粒子捕獲、熱處理等發面有著廣泛的應用前景。

為了實現上述目的，本發明實施例提供的技術方案如下：

一種部分相干多模高斯光束的產生系統，所述產生系統依次包括：激光器、第一線偏振片、第一偏振分光鏡、衰減片、第一平面鏡、第二平面鏡、擴束鏡、第二偏振分光鏡、第二線偏振片、聚焦透鏡、圓形光闌、旋轉毛玻璃片、準直凸透鏡和高斯濾波片，所述衰減片和第一平面鏡位于第一偏振分光鏡的透射光路上，所述第二平面鏡和擴束鏡位于第一偏振分光鏡的反射光路上，所述旋轉毛玻璃片表面包括若干顆粒，顆粒大小遵從高斯統計分布。

作為本發明的進一步改進，所述擴束鏡的擴大系數為可連續性調節，且所述擴束鏡不對光強分布進行改變。

相應地，一種部分相干多模高斯光束的產生方法，所述方法包括：

S1、激光器發出準直高斯光束，經由第一線偏振片后產生線偏振的高斯光束；

S2、線偏振的高斯光束，通過第一偏振分光鏡后，產生兩束偏振方向相互垂直且傳輸方向也相互垂直的透射光束和反射光束，透射光束通過衰減片，再通過第一平面鏡反射到第二偏振分光鏡上，反射光束通過第二平面鏡反射，再經過擴束鏡對光斑進行擴大，到達第二偏振分光鏡上，兩束偏振互相垂直的高斯光束通過第二偏振分光鏡合成得到合成光束；

S3、合成光束通過第二線偏振片，經聚焦透鏡匯聚并經過圓形光闌截取理想光束，打在旋轉毛玻璃片上；

S4、通過旋轉毛玻璃片后產生的部分相干光經過準直凸透鏡準直，經過準直后輸出的光束通過高斯濾波片的整型濾波，即可得到部分相干多模高斯光束。

作為本發明的進一步改進，所述步驟S3還包括：

通過改變會聚焦透鏡與旋轉毛玻璃片之間的距離，調節所產生光束的相干長度的大小。

作為本發明的進一步改進，所述步驟S2還包括：

通過對衰減片的調節，使反射光束和透射光束的光強度大小相等；