[發明專利]自分裂光束的產生裝置及其產生方法

有效

• 申請號: 201410399805.8
• 申請日: 2014-08-14
• 公開（公告）號: CN104122666A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發明（設計）人: 陳亞紅;王飛;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: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

技術領域

本發明涉及激光技術領域，特別是涉及一種自分裂光束的產生裝置及其產生方法。

背景技術

自第一臺激光器發明以來，光場的相干理論得到了人們的廣泛研究，其中光束的相干性是光場相干理論最重要的研究內容，光束的相干性包括兩方面，即時間相干性和空間相干性。前者與光束的單色性密切相關，后者與光束的方向性密切相關。光束的空間相干性賦予了光束的一個新的自由度，為光場的譜密度分布、偏振結構、相干結構的調控提供了新的思路。部分相干光的空間相干結構可以通過光束的關聯函數來表征。在過去的幾十年里，研究人員從理論和實驗上研究的最為廣泛和深入的部分相干光是關聯函數為高斯分布的光束，即：高斯謝爾模光束，研究發現，該光束在自由空間光通信、粒子俘獲、原子冷卻、光學成像、二次諧波產生、以及光學散射等領域具有廣泛的應用前景。最近，一種具有特殊空間關聯結構的部分相干光束引起了研究人員的廣泛關注。2007年，意大利的Gori以及Santarsiero給出了構建標量部分相干光束的空間關聯函數的充分條件。2009年，他們又提出了構建隨機電磁光束的空間關聯函數的充分條件。基于他們開拓性的工作，一系列具有特殊空間關聯函數結構的部分相干光束的模型被提出來了，比如，2011年Lajunen等人提出了非均勻關聯光束的模型；2012年Sahin等人提出了多高斯關聯光束的模型；2013年梅掌榮等人提出了拉蓋爾高斯關聯光束以及貝塞爾高斯關聯光束的模型；之后梅掌榮又提出了Cosine-高斯關聯光束的模型；2014年陳亞紅等人提出了特殊偏振關聯光束的模型等。研究表明，這類具有特殊空間關聯結構的部分相干光束在傳輸過程中展現出奇特的現象，比如，在遠場處或焦平面上產生平頂分布，空心分布，或者陣列分布等特殊分布的光強；光強自聚焦現象；光強峰值漂移；焦點附近產生三維光學籠子等等。由于這些奇特的傳輸特性，具有特殊空間關聯函數結構的部分相干光束將應用到自由空間光通信以及光學粒子俘獲等領域。基于以上的研究基礎，我們發現通過構建特定的光場空間關聯函數，可以改變光束的傳輸特性，這為產生特定光場結構提供了新的思路。

在另一方面，光束的自分裂特性得到人們的持續關注。光束的自分裂特性能夠激勵出很多新奇的現象，在許多領域具有潛在的應用前景，比如，原子操控；粒子俘獲；高能超輻射發光二極管設計領域等。到目前為止，有一系列關于光束自分裂的理論和實驗被報道了，1996年Tikhonenko等人提出在飽和非線性介質中實現光束自分裂現象，1997年Torres等人就提出了通過二維波導實現光束的自分裂，1998年Snryanto等人提出了在非Kerr媒介中實現光束自分裂現象。然而，以上實現光束自分裂現象的方法都是借助于特殊媒介或者分束器來實現的，并不是對光場的直接調控。

因此，針對上述技術問題，有必要提供一種直接對光場進行調控自分裂光束的產生裝置及其產生方法。

發明內容

有鑒于此，本發明針對上述問題，提出了一種直接對光場進行調控自分裂光束的產生裝置及其產生方法。

為了實現上述目的，本發明實施例提供的技術方案如下：

一種自分裂光束的產生裝置，所述產生裝置沿光路方向依次包括：

光源，產生一定波長的激光束；

空間光調制器，對激光束進行相位調制后以透射的方式輸出具有特定光強分布的光束；

旋轉的散射體，旋轉的散射體表面包括若干微小顆粒，顆粒大小分布遵從高斯統計分布，激光束經過旋轉的散射體后產生具有特定光強分布的非相干光；

薄透鏡，薄透鏡起到傅里葉變換的作用，獲得相干結構函數形式為非相干光光強傅里葉變換函數的部分相干光束；

高斯濾波片，高斯濾波片緊貼著薄透鏡設置，用于將部分相干光束的光強分布調制成高斯光強分布，產生具有特殊空間關聯函數的部分相干光束，即自分裂光束。

作為本發明的進一步改進，所述空間光調制器與個人電腦相連，所述個人電腦用于生成計算全息光柵圖并加載到空間光調制器上，以產生具有特定光強分布的光束。

作為本發明的進一步改進，所述空間光調制器輸出光束的光強分布為：