專(zhuān)利名稱(chēng)：產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用計(jì)算全息、旋轉(zhuǎn)毛玻璃產(chǎn)生部分相干的技術(shù)產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
自I960年美國(guó)物理學(xué)家西奧多 梅曼發(fā)明激光以來(lái)，激光以其高強(qiáng)度、高單色性、高相干性等優(yōu)點(diǎn)，在激光通訊、激光測(cè)距、航空測(cè)繪等各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際的應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)相干性高的或者說(shuō)是完全相干激光在某些應(yīng)用方面存在一定的局限性，例如一束高相干性激光隨機(jī)介質(zhì)中傳輸時(shí)，受到介質(zhì)的影響非常強(qiáng)，使光束在傳輸很短的距離就發(fā)生畸變，光強(qiáng)閃爍和漂移很大，光束質(zhì)量迅速下降，這就要求在實(shí)際應(yīng)用中，選擇具有適當(dāng)?shù)南喔尚约す馐佑兄诮鉀Q實(shí)際問(wèn)題。部分相干光的研究可以追述到19世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)還沒(méi)有激光，主要研究的是有限光源的相干性，在光場(chǎng)中不同兩點(diǎn)PjPP2處振動(dòng)之間存在的關(guān)聯(lián)引進(jìn)某種量度，當(dāng)兩點(diǎn)關(guān)聯(lián)很高時(shí)，就說(shuō)是相干的，當(dāng)兩點(diǎn)沒(méi)有關(guān)聯(lián)時(shí)，就說(shuō)是不相干的，處于兩者之間的是部分相干的。目前，研究最廣泛的部分相干光束的模型是Schell在其博士論文中用高斯關(guān)聯(lián)來(lái)描述的部分相干光·，也就是高斯-謝爾模光束，科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里可以產(chǎn)生高斯-謝爾模光束，隨后具有不同關(guān)聯(lián)形式的部分相干激光在理論上相繼提出，如第一類(lèi)貝塞爾關(guān)聯(lián)光源，第二類(lèi)貝塞爾關(guān)聯(lián)光源，非均勻高斯-謝爾光源，LED光源，多高斯-謝爾光源和拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)或貝塞爾高斯關(guān)聯(lián)光源，目前在實(shí)驗(yàn)上主要可以產(chǎn)生的是高斯-謝爾光源和第一類(lèi)貝塞爾關(guān)聯(lián)光源，其他關(guān)聯(lián)的部分相干光還只是理論上的模型，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的方法未有報(bào)道。在綜上所述的研究中，發(fā)現(xiàn)可以在實(shí)驗(yàn)上產(chǎn)生的具有一定關(guān)聯(lián)的部分相干光很有限，通常就是高斯-謝爾光源和第一類(lèi)貝塞爾關(guān)聯(lián)光源，這也限制了在某些情況下的應(yīng)用，高斯_謝爾光源在遠(yuǎn)場(chǎng)的光強(qiáng)分布是高斯型的，第一類(lèi)貝塞爾關(guān)聯(lián)光源在一定的局域處光強(qiáng)分布是空心的，最近的理論研究中發(fā)現(xiàn)，在適當(dāng)?shù)年P(guān)聯(lián)條件下，遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布是平頂?shù)模蛘哌h(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布是空心的。遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布是空心的光束在原子光學(xué)、二兀光學(xué)、微粒捕獲和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束的系統(tǒng)和方法，該方法可以通過(guò)產(chǎn)生不同的全息圖來(lái)產(chǎn)生不同階數(shù)的拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┑募夹g(shù)方案如下:一種產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束的系統(tǒng)，包括:光源；擴(kuò)束器，對(duì)來(lái)自所述光源的光束進(jìn)行擴(kuò)束；
空間光調(diào)制器，將擴(kuò)束后的光束轉(zhuǎn)化成僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束；縮束鏡和可旋轉(zhuǎn)的毛玻璃，僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束的光斑大小經(jīng)縮束鏡調(diào)節(jié)后，入射到毛玻璃上，經(jīng)過(guò)毛玻璃的散射，使完全相干拉蓋爾高-斯光束轉(zhuǎn)化為拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束；透鏡，對(duì)拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束進(jìn)行準(zhǔn)直；高斯濾波片，將準(zhǔn)直后的拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束整型為高斯型光斑，產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光源為氦氖激光器。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)生成的計(jì)算全息圖加載到所述空間光調(diào)制器上形成計(jì)算全息光柵，以產(chǎn)生僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束。本發(fā)明還公開(kāi)了一種產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束的方法，包括:S1、對(duì)來(lái)自光源的光束進(jìn)行擴(kuò)束；s2、將擴(kuò)束后的光束轉(zhuǎn)化成僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束；S3、將僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束的光斑大小進(jìn)行縮束調(diào)整，然后將其轉(zhuǎn)化為拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束；s4、對(duì)拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束進(jìn)行準(zhǔn)直；s5、將準(zhǔn)直后的拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束整型為高斯型光斑，產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的步驟s2中，將擴(kuò)束后的光束通過(guò)空間光調(diào)制器轉(zhuǎn)化成僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，計(jì)算機(jī)生成的計(jì)算全息圖加載到所述空間光調(diào)制器上形成計(jì)算全息光柵，以產(chǎn)生僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的步驟S3中，將僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束的光斑大小進(jìn)行縮束調(diào)整，然后通過(guò)毛玻璃的散射將其轉(zhuǎn)化為拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明沿著光源的光線方向依次放置光源擴(kuò)束器、由計(jì)算機(jī)控制的空間光調(diào)制器、縮束鏡、旋轉(zhuǎn)毛玻璃片、透鏡和高斯濾波片。將計(jì)算機(jī)生成的計(jì)算全息圖加載到所述空間光調(diào)制器上形成計(jì)算全息光柵，從而產(chǎn)生僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束。縮束鏡調(diào)節(jié)拉蓋爾-高斯光束的光斑大小，旋轉(zhuǎn)毛玻璃是使拉蓋爾-高斯光束變?yōu)槔w爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束。緊接著由透鏡對(duì)部分相干拉蓋爾-高斯光束準(zhǔn)直，由高斯濾波片對(duì)光束整型，使光束為高斯型光斑，產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束。由于計(jì)算機(jī)全息圖的靈活性，所以可以通過(guò)產(chǎn)生不同的全息圖來(lái)產(chǎn)生不同階數(shù)僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束，從而產(chǎn)生不同階數(shù)的拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是理論計(jì)算的一階拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)圖；圖3是理論計(jì)算的高階(四階)拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例是把計(jì)算全息光柵圖加載到空間光調(diào)制器產(chǎn)生僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束，然后用縮束鏡調(diào)節(jié)拉蓋爾-高斯光束的光斑大小，最后通過(guò)旋轉(zhuǎn)毛玻璃片和高斯濾波片得到拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束。該方法不僅實(shí)驗(yàn)條件簡(jiǎn)單、而且容易操控，是一種比較好的方法。沿著光源的光線方向依次放置光源擴(kuò)束器、由計(jì)算機(jī)控制的空間光調(diào)制器、縮束鏡、旋轉(zhuǎn)毛玻璃片、透鏡和高斯濾波片。將計(jì)算機(jī)生成的計(jì)算全息圖加載到所述空間光調(diào)制器上形成計(jì)算全息光柵，從而產(chǎn)生僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束?？s束鏡調(diào)節(jié)拉蓋爾-高斯光束光斑大小，旋轉(zhuǎn)毛玻璃是使拉蓋爾-高斯光束變?yōu)槔w爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束。緊接著由透鏡對(duì)拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束準(zhǔn)直，由高斯濾波片對(duì)光束整型，使光束為高斯型光斑，產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束。本實(shí)施例的技術(shù)方案是:實(shí)驗(yàn)中所采用的是He-Ne激光束，可以認(rèn)為是準(zhǔn)單色光，相干性是很高的，經(jīng)過(guò)空間光調(diào)制器和縮束器后，到達(dá)旋轉(zhuǎn)毛玻璃面上(被毛玻璃散射前)的光強(qiáng)分布表示為:
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束的系統(tǒng)，其特征在于，包括: 光源； 擴(kuò)束器，對(duì)來(lái)自所述光源的光束進(jìn)行擴(kuò)束； 空間光調(diào)制器，將擴(kuò)束后的光束轉(zhuǎn)化成僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束； 縮束鏡和可旋轉(zhuǎn)的毛玻璃，僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束的光斑大小經(jīng)縮束鏡調(diào)節(jié)后，入射到毛玻璃上，經(jīng)過(guò)毛玻璃的散射，使完全相干拉蓋爾高-斯光束轉(zhuǎn)化為拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束； 透鏡，對(duì)拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束進(jìn)行準(zhǔn)直； 高斯濾波片，將準(zhǔn)直后的拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束整型為高斯型光斑，產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束的系統(tǒng)，其特征在于，所述光源為氦氖激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)部分相干高斯光束的系統(tǒng)，其特征在于，還包括計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)生成的計(jì)算全息圖加載到所述空間光調(diào)制器上形成計(jì)算全息光柵，以產(chǎn)生僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束。
4.一種產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束的方法，其特征在于，包括: S1、對(duì)來(lái)自光源的光束進(jìn)行擴(kuò)束； s2、將擴(kuò)束后的光束轉(zhuǎn)化成僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束； S3、將僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束的光斑大小進(jìn)行縮束調(diào)整，然后將其轉(zhuǎn)化為拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束； s4、對(duì)拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束進(jìn)行準(zhǔn)直； s5、將準(zhǔn)直后的拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束整型為高斯型光斑，產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束的方法，其特征在于，所述的步驟s2中，將擴(kuò)束后的光束通過(guò)空間光調(diào)制器轉(zhuǎn)化成僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束的方法，其特征在于，計(jì)算機(jī)生成的計(jì)算全息圖加載到所述空間光調(diào)制器上形成計(jì)算全息光柵，以產(chǎn)生僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束的方法，其特征在于，所述的步驟s3中，將僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束的光斑大小進(jìn)行縮束調(diào)整，然后通過(guò)毛玻璃的散射將其轉(zhuǎn)化為拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種產(chǎn)生拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束的系統(tǒng)，該系統(tǒng)沿著光線方向依次放置擴(kuò)束器、空間光調(diào)制器、縮束鏡、毛玻璃片、透鏡和高斯濾波片。計(jì)算全息圖加載到空間光調(diào)制器上形成計(jì)算全息光柵，產(chǎn)生僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束；縮束鏡用來(lái)控制入射到旋轉(zhuǎn)毛玻璃片上的拉蓋爾-高斯光束光斑大小，以調(diào)整出射光束的相干性；毛玻璃是使拉蓋爾-高斯光束變?yōu)槔w爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束。透鏡對(duì)部分相干光束準(zhǔn)直，高斯濾波片把該光束光強(qiáng)分布轉(zhuǎn)變成高斯分布。由于計(jì)算機(jī)全息圖的靈活性，可以通過(guò)產(chǎn)生不同的全息圖來(lái)產(chǎn)生不同階數(shù)僅有角向模數(shù)的拉蓋爾-高斯光束，從而產(chǎn)生不同階數(shù)的拉蓋爾-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束。
文檔編號(hào)G02B27/09GK103105677SQ20131006212
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者袁揚(yáng)勝, 王飛, 劉顯龍, 蔡陽(yáng)健 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)