[發(fā)明專利]一種產(chǎn)生普適非均勻關(guān)聯(lián)光束的裝置

有效

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• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111399237B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余佳益;朱新蕾;劉永雷;王飛;蔡陽健
• 申請（專利權(quán)）人: 山東師范大學(xué)
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種產(chǎn)生普適非均勻關(guān)聯(lián)光束的裝置，包括依次布設(shè)的激光器、擴(kuò)束鏡、數(shù)字微鏡器件、第一透鏡、濾波片、第二透鏡、朗奇光柵和電荷耦合元件，所述擴(kuò)束鏡對所述激光器發(fā)出的激光光束進(jìn)行擴(kuò)束的擴(kuò)束系統(tǒng)，擴(kuò)束后的光斑大小需要覆蓋后續(xù)的計算全息圖，所述數(shù)字微鏡器件加載變化的全息圖，使后續(xù)得到的光強(qiáng)為不同模式連續(xù)變化的光束；第一透鏡、濾波片和第二透鏡形成4f系統(tǒng)，朗奇光柵將4f系統(tǒng)中濾出的正負(fù)一級衍射光合成一束光；所述數(shù)字微鏡器件連接有計算機(jī)，控制所述的數(shù)字微鏡器件上的加載。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種產(chǎn)生普適非均勻關(guān)聯(lián)光束的裝置。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

光的空間相干性是光學(xué)領(lǐng)域研究的一大重要特性。它的變化影響著光場在不同兩點之間的干涉能力，且決定著光場的傳輸特性。因此，根據(jù)空間相干理論，具有空間相干性的部分相干光束可以用空間-頻率域中空間兩點的交叉譜密度函數(shù)來表征。其交叉譜密度在滿足非負(fù)正定條件的情況下，可通過選擇源平面上的特殊關(guān)聯(lián)產(chǎn)生指定的部分相干光束。這些光束在光束整形、成像等方面具有很重要的應(yīng)用。

但是目前為止大部分的研究對象集中在關(guān)于謝爾模型關(guān)聯(lián)光束。其關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)依賴于空間兩點之間的距離，因此，謝爾模型光束的相干分布在整個區(qū)域內(nèi)是均勻的，盡管謝爾模型部分相干光束不管是在微粒操控還是在自由空間光通信等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用價值，但由于其關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的局限性限制了相干調(diào)控在光束整形、成像等方面的應(yīng)用。因此，近些年關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)分布在整個區(qū)域且表現(xiàn)非均勻變化的光束成為了研究的熱點。這樣的光束被稱之為非均勻關(guān)聯(lián)光束，該種光束因其光強(qiáng)自聚焦且相比謝爾模型光束具有更低的光強(qiáng)閃爍等優(yōu)勢，增加了光束在光空間通信領(lǐng)域的應(yīng)用。

然而相比于謝爾模型光束的實驗產(chǎn)生來說，產(chǎn)生非均勻關(guān)聯(lián)光束的實驗研究屈指可數(shù)，2011年Macías-Romero等人[Macías-Romero C,Lim R,Foreman M R,etal.Synthesis of structured partially spatially coherent beams.Opt.Lett.,2011,36(9),1638.]利用模式展開方法提供了一種產(chǎn)生非均勻關(guān)聯(lián)光束的方法，該方法利用旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散產(chǎn)生每個相干模式且互不相干的光源耦合進(jìn)一捆單模光纖，再利用空間光調(diào)制器多路復(fù)用加載全息片，對這些互不相關(guān)的相干光束進(jìn)行疊加來實現(xiàn)非均勻關(guān)聯(lián)光束，該方法理論上可以產(chǎn)生任意空間相干性的部分相干光束，但其產(chǎn)生的相干模式局限于單模光纖的數(shù)量以及空間光調(diào)制器的硬件參數(shù)，并且對于空間光調(diào)制器上加載的全息片的設(shè)計要求苛刻等原因，其實際應(yīng)用價值受到影響。2013年，Cui等人[Cui S, Chen Z,Zhang L,etal.Experimental generation of nonuniformly correlated partially coherentlight beams.Opt.Lett.,2013,38(22), 4821.]提出了一種利用隨機(jī)相位屏去產(chǎn)生非均勻關(guān)聯(lián)光束的方法，該方法僅能產(chǎn)生作者定義的非均勻關(guān)聯(lián)光束。2016年Hyde等人[Hyde IVM W,Bose-Pillai S,Voelz D G,et al.Generation of vector partially coherentoptical sources using phase-only spatial light modulators. Phys.Rev.Appl.,2016,6(6),064030.]提出了一種通過新的隨機(jī)相位屏合成部分相干光束的方法，該方法通過所需要的部分相干光束，對該光束的光強(qiáng)及關(guān)聯(lián)函數(shù)進(jìn)行一系列的變換，求得加載在空間光調(diào)制器上的一個隨機(jī)相位，循環(huán)這一操作產(chǎn)生一系列隨機(jī)相位屏，通過切換隨機(jī)相位屏得到部分相干光束。該方法理論上可以產(chǎn)生任意均勻和非均勻關(guān)聯(lián)光束，但該方法所涉及到的隨機(jī)相位屏的產(chǎn)生過程繁瑣，計算冗長，需要犧牲大量計算時間。而后2017年，Hyde[Hyde IV M W,Bose-Pillai S,Xiao X,et al.A fast and efficient method forproducing partially coherent sources.J.Opt.,2017,19(025601), 025601.]提出了另外一種利用偽模疊加的方法。利用變形鏡變化速率較快的優(yōu)點，對所求得的相干模式按照特定概率進(jìn)行非相干疊加。該方法可以產(chǎn)生任意均勻部分相干光束以及特定一類型的非均勻關(guān)聯(lián)光束。同年11月，該作者發(fā)表了該篇文章的實驗結(jié)果[Hyde IV M W, Bose-Pillai SR,Wood R A.Synthesis of non-uniformly correlated partially coherent sourcesusing a deformable mirror.Appl.Phy.Lett., 2017,111(10),101106.]，但事實上實驗結(jié)果并不特別理想。