部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)、產(chǎn)生方法及測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)、產(chǎn)生方法及其測(cè)量裝置，產(chǎn)生系統(tǒng)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(kuò)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(zhuǎn)毛玻璃片、準(zhǔn)直凸透鏡和高斯濾波片，旋轉(zhuǎn)毛玻璃片表面包括若干顆粒，顆粒大小遵從高斯統(tǒng)計(jì)分布。本發(fā)明獲得的部分相干多模高斯光束在源平面都是高斯分布型，但是隨著傳輸距離的增加光束形狀會(huì)逐步演化，光強(qiáng)的分布形狀會(huì)從高斯分布演化為平頂分布或者空心分布，對(duì)粒子的捕獲、熱處理等方面有著重要的作用。
【專利說(shuō)明】部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)、產(chǎn)生方法及測(cè)量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)用光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)、產(chǎn)生方法及測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]自激光出現(xiàn)，一直被人們利用與改進(jìn)，極大地促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步。高相干性是激光四大基本特性之一，在很多領(lǐng)域人們一直利用這個(gè)特性，但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐應(yīng)用研究表明，低相干性的光束在某些應(yīng)用領(lǐng)域(比如:大氣光通信、光學(xué)遙感等)比高相干光束更具優(yōu)勢(shì)。在自然界，完全相干光是不存在的，相干長(zhǎng)度都是一個(gè)有限值，人們把相干長(zhǎng)度介于零到無(wú)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。
[0003]近來(lái)，具有不同復(fù)相干度的部分相干光束引起了研究者們很大的興趣，特點(diǎn)在于:對(duì)其關(guān)聯(lián)函數(shù)進(jìn)行調(diào)制，而非光源光強(qiáng)分布。其表現(xiàn)在于:其源場(chǎng)光強(qiáng)分布為高斯型，而遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布由關(guān)聯(lián)函數(shù)決定，由于關(guān)聯(lián)特性的不同，出現(xiàn)具有諸如橢圓、空心等特殊形狀光強(qiáng)。之前人們研究的光束是對(duì)源光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制，那么在光束的傳輸?shù)倪^(guò)程中，源平面以及近場(chǎng)光強(qiáng)分布是有調(diào)制函數(shù)來(lái)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(fù)相干度的部分相干光束的關(guān)聯(lián)特性決定其遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布，所以許多人對(duì)具有不同復(fù)相干度的光束進(jìn)行了相關(guān)的研究和報(bào)道，Gori等人討論了標(biāo)量部分相干光束和電磁隨機(jī)光束關(guān)聯(lián)函數(shù)應(yīng)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(guān)于具有不同復(fù)相干度的部分相干光束=Lajunen等人介紹了一類具有非均勻關(guān)聯(lián)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(shuō)自聚焦和強(qiáng)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(yuǎn)場(chǎng)產(chǎn)生環(huán)狀光斑的部分相干光束；Wang等人研究了捕圓聞斯謝爾|旲、拉蓋爾聞斯謝爾|旲和余弦-聞斯關(guān)聯(lián)的部分相干聞斯光束等等。
[0004]因?yàn)榫哂胁煌瑥?fù)相干度的部分相干光束的關(guān)聯(lián)特性決定其遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布，由于關(guān)聯(lián)特性的不同，從而具有諸如空心、平頂?shù)忍厥庑螤?，這些特殊的關(guān)聯(lián)和光強(qiáng)分布在微粒俘獲、熱處理、信息傳輸?shù)阮I(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。因此，對(duì)部分相干光束的研究，特別是具有不同復(fù)相干度的部分相干光束的實(shí)驗(yàn)研究具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)、產(chǎn)生方法及其測(cè)量裝置，部分相干多模高斯光束主要涉及到傳輸遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布為空心分布或平頂分布，其產(chǎn)生的部分相干多模高斯光束在粒子捕獲、熱處理等發(fā)面有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下:
[0007]—種部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)，所述產(chǎn)生系統(tǒng)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(kuò)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(zhuǎn)毛玻璃片、準(zhǔn)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(kuò)束鏡位于第一偏振分光鏡的反射光路上，所述旋轉(zhuǎn)毛玻璃片表面包括若干顆粒，顆粒大小遵從高斯統(tǒng)計(jì)分布。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述擴(kuò)束鏡的擴(kuò)大系數(shù)為可連續(xù)性調(diào)節(jié)，且所述擴(kuò)束鏡不對(duì)光強(qiáng)分布進(jìn)行改變。
[0009]相應(yīng)地，一種部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生方法，所述方法包括:
[0010]S1、激光器發(fā)出準(zhǔn)直高斯光束，經(jīng)由第一線偏振片后產(chǎn)生線偏振的高斯光束；
[0011]S2、線偏振的高斯光束,通過(guò)第一偏振分光鏡后,產(chǎn)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(guò)衰減片，再通過(guò)第一平面鏡反射到第二偏振分光鏡上，反射光束通過(guò)第二平面鏡反射，再經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡對(duì)光斑進(jìn)行擴(kuò)大，到達(dá)第二偏振分光鏡上，兩束偏振互相垂直的高斯光束通過(guò)第二偏振分光鏡合成得到合成光束；
[0012]S3 、合成光束通過(guò)第二線偏振片，經(jīng)聚焦透鏡匯聚并經(jīng)過(guò)圓形光闌截取理想光束，打在旋轉(zhuǎn)毛玻璃片上；
[0013]S4、通過(guò)旋轉(zhuǎn)毛玻璃片后產(chǎn)生的部分相干光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直凸透鏡準(zhǔn)直，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直后輸出的光束通過(guò)高斯濾波片的整型濾波，即可得到部分相干多模高斯光束。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S3還包括:
[0015]通過(guò)改變會(huì)聚焦透鏡與旋轉(zhuǎn)毛玻璃片之間的距離，調(diào)節(jié)所產(chǎn)生光束的相干長(zhǎng)度的大小。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S2還包括:
[0017]通過(guò)對(duì)衰減片的調(diào)節(jié)，使反射光束和透射光束的光強(qiáng)度大小相等；
[0018]通過(guò)擴(kuò)束鏡對(duì)反射光束進(jìn)行擴(kuò)束，使反射光束和透射光束的光斑尺寸為&:1。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述合成光束的電場(chǎng)表達(dá)式為:
【權(quán)利要求】
1.一種部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，所述產(chǎn)生系統(tǒng)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(kuò)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(zhuǎn)毛玻璃片、準(zhǔn)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(kuò)束鏡位于第一偏振分光鏡的反射光路上，所述旋轉(zhuǎn)毛玻璃片表面包括若干顆粒，顆粒大小遵從高斯統(tǒng)計(jì)分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，所述擴(kuò)束鏡的擴(kuò)大系數(shù)為可連續(xù)性調(diào)節(jié)，且所述擴(kuò)束鏡不對(duì)光強(qiáng)分布進(jìn)行改變。
3.—種如權(quán)利要求1所述的部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述方法包括: 51、激光器發(fā)出準(zhǔn)直高斯光束，經(jīng)由第一線偏振片后產(chǎn)生線偏振的高斯光束； 52、線偏振的高斯光束,通過(guò)第一偏振分光鏡后,產(chǎn)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(guò)衰減片，再通過(guò)第一平面鏡反射到第二偏振分光鏡上，反射光束通過(guò)第二平面鏡反射，再經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡對(duì)光斑進(jìn)行擴(kuò)大，到達(dá)第二偏振分光鏡上，兩束偏振互相垂直的高斯光束通過(guò)第二偏振分光鏡合成得到合成光束； 53、合成光束通過(guò)第二線偏振片，經(jīng)聚焦透鏡匯聚并經(jīng)過(guò)圓形光闌截取理想光束，打在旋轉(zhuǎn)毛玻璃片上； 54、通過(guò)旋轉(zhuǎn)毛玻璃片后產(chǎn)生的部分相干光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直凸透鏡準(zhǔn)直，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直后輸出的光束通過(guò)高斯濾波片的整型濾波，即可得到部分相干多模高斯光束。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述步驟S3還包括: 通過(guò)改變會(huì)聚焦透鏡與旋轉(zhuǎn)毛玻璃片之間的距離，調(diào)節(jié)所產(chǎn)生光束的相干長(zhǎng)度的大小。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述步驟S2還包括: 通過(guò)對(duì)衰減片的調(diào)節(jié)，使反射光束和透射光束的光強(qiáng)度大小相等； 通過(guò)擴(kuò)束鏡對(duì)反射光束進(jìn)行擴(kuò)束，使反射光束和透射光束的光斑尺寸為h。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的產(chǎn)生方法,其特征在于,所述合成光束的電場(chǎng)表達(dá)式為:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的產(chǎn)生方法,其特征在于,所述產(chǎn)生方法中的光束傳輸函數(shù)為:
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述部分相干多模高斯光束的關(guān)聯(lián)函數(shù)為: 當(dāng)θ =-45°，從第二線偏振出來(lái)為空心光束時(shí):
9.一種部分相干多模高斯光束的測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置位于權(quán)利要求1所述的部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)的光路上，其特征在于，所述測(cè)量系統(tǒng)包括: 分光鏡，用于將產(chǎn)生系統(tǒng)產(chǎn)生的部分相干多模高斯光束進(jìn)行分束，形成透射光路和反射光路，按照1:1分束； 位于透射光路上的第一凸透鏡和光束分析儀，所述光束分析儀測(cè)量光束的傳輸光強(qiáng)，所述光束分析儀上連接有計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)光束的傳輸光強(qiáng)分布進(jìn)行分析； 位于反射光路上的第二凸透鏡和CCD相機(jī)，CCD相機(jī)接收光強(qiáng)分布信息，所述CCD相機(jī)上連接有計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)CCD相機(jī)所拍的光強(qiáng)分布圖片進(jìn)行疊加關(guān)聯(lián)處理，得到光束源的關(guān)聯(lián)分布信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一凸透鏡與高斯濾波片的距離為第一凸透鏡的焦距，即;所述第二凸透鏡與高斯濾波片和CCD相機(jī)之間的距離均為第二凸透鏡焦距的兩倍，即2f2 ;所述第一凸透鏡與光束分析儀之間的距離為0~f\，對(duì)應(yīng)著光束從源場(chǎng)傳輸?shù)綗o(wú)窮遠(yuǎn)。
【文檔編號(hào)】G02B27/28GK103941407SQ201410198159
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】梁春豪, 王飛, 劉顯龍, 蔡陽(yáng)健 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)