[實用新型]一種產生各向同性扭曲高斯謝爾模光束的系統

有效

• 申請號: 201820463356.2
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN208092351U
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 王海云;劉琳;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;H01S3/00
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 馮瑞;楊慧林

本實用新型涉及光束的傳輸與變換領域，公開了一種產生各向同性扭曲高斯謝爾模光束的系統。激光器發出完全相干的高斯光束，由透射式空間調制器、旋轉毛玻璃片以及準直透鏡調制后經各向異性高斯濾波片整形，從而得到各向異性高斯謝爾模光束，再經三塊以特殊位置擺放的柱面透鏡變換后得到各向同性扭曲高斯謝爾模光束。本實用新型結構簡單緊湊，利用三塊柱面透鏡產生各向同性的高斯謝爾模光束，降低了實驗的操作難度，減少了實驗誤差。本實用新型提供的光束可應用于自由空間光通信、二次諧波產生以及光學照明等領域，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本實用新型屬于光束的傳輸與變換領域，具體涉及一種產生各向同性扭曲高斯謝爾模光束的系統。

背景技術

激光是光的受激輻射，它與自發輻射的普通光源不同，具有高相干性、單色性、高亮度和準直性，因此受到了研究者們的青睞。通常認為，激光束的可調控參數包括振幅、偏振態、相位以及頻率，這些參數直接影響著激光束的質量和傳輸特性。眾所周知，激光所表現出來的方向性與其相干性有很大的關系，普遍認為激光的相干性越高其方向性越好。然而，眾多研究結果表明，通過調控光束的相干性，可以得到部分相干光束，這種部分相干的光束可有效減小光束的散斑效應，并且也能產生較好的光強分布。因此，激光的相干性越來越受關注，成為激光研究中另一個可調控參數。

完全相干光在實際工作中很難實現，人們一般采取適當降低激光相干性的方式來調控激光的性能。我們把這種相干性介于完全相干與完全非相干之間的光稱為部分相干光。高斯謝爾模光束是一種典型的標量部分相干光束，其光強與相干度均滿足傳統的高斯分布。實踐表明，部分相干光束在某些領域展現出其獨特的優勢與應用價值。

部分相干光束可以攜帶扭曲位相，而完全相干光束不具備該性質。高斯謝爾模光束攜帶扭曲位相的稱為扭曲高斯謝爾模光束，該光束由Simon和Mukunda在1993年提出。由于扭曲位相的固有手性特征，該光束在傳播過程中會發生旋轉。研究表明，扭曲高斯謝爾模光束在自由空間光通信、二次諧波產生、光學照明等方面具有很大的應用。

對于扭曲高斯謝爾模光束的產生，1993年Simon利用魏格納分布函數以及方差矩陣推導出了扭曲高斯謝爾模光束的理論產生矩陣。之后，Friberg在此基礎上提出了一種扭曲高斯謝爾模光束的實驗產生方法，并做了相關實驗。Friberg利用各向異性高斯謝爾模光束作為入射光束，經過六個特殊位置擺放的柱透鏡所組成的光學系統產生各向同性的扭曲高斯謝爾模光束。在各向異性高斯謝爾模光束的實驗產生方面，Friberg利用有限數目的橢圓高斯光束進行加權疊加，但是該方法并不能產生嚴格意義上的各向異性高斯謝爾模光束，從而導致實驗結果不夠精確，而且實驗圖像也不能完全重合。據了解，繼Friberg的實驗之后，扭曲高斯謝爾模光束的實驗產生方法一直處于空缺狀態。另外，雖然研究激光傳輸的方法有很多，比如：衍射積分法、魏格納分布法等，但這些方法都已經比較成熟了，且計算形式較為復雜，不利于光束變換的直接觀察與研究。

實用新型內容

為解決上述技術問題，本實用新型的目的是提供一種誤差小、結構簡單、制造成本低的各向同性扭曲高斯謝爾模光束的產生系統。

為達到上述目的，本實用新型提供了一種產生各向同性扭曲高斯謝爾模光束的系統，包括：

激光器、擴束鏡、空間光調制器、圓形光闌、第一凸透鏡、旋轉毛玻璃片、第二凸透鏡、各向異性高斯濾波片、第一柱面透鏡、第二柱面透鏡以及第三柱面透鏡；

由激光器發出完全相干的高斯光束，經擴束鏡擴束后打到空間光調制器上，再經圓形光闌選取出滿足各向異性高斯分布的一級衍射光斑，再經過部分相干高斯光束調整器調整后，借助各向異性高斯濾波片對光束強度分布進行整形處理，得到各向異性高斯謝爾模光束，所述部分相干高斯光束調整器包括第一凸透鏡、旋轉毛玻璃片以及第二凸透鏡，通過改變所述第一凸透鏡和所述旋轉毛玻璃片之間的距離，調整所述各向異性高斯謝爾模光束的相干性；所述各向異性高斯謝爾模光束再經過三塊連續地且以特殊角度放置的柱面透鏡變換后，得到各向同性扭曲高斯謝爾模光束。