本發(fā)明涉及激光領(lǐng)域，尤其涉及一種產(chǎn)生多種矢量特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)低相干光束的方法及激光器，得到的光束在光學(xué)捕獲、材料熱處理、高質(zhì)量無散斑成像、自由光通訊等方面有著重要的作用。
背景技術(shù)：
：自激光出現(xiàn)以來，其被廣泛的應(yīng)用于軍事、民用和科學(xué)研究等領(lǐng)域。激光器出來的光束被認(rèn)為完全相干光束，但是嚴(yán)格意義上來說應(yīng)該稱之為高相干性光束，這也是激光四大特性之一，但是現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)高相干性光束會(huì)給某些應(yīng)用帶來負(fù)面影響，因?yàn)橄喔尚栽礁?，在傳輸過程中越容易引起干涉，從而造成散斑，這對于高質(zhì)量成像、激光涂敷等應(yīng)用造成巨大的阻礙，所以部分相干(低相干)光束的研究成為了熱門研究之一。部分相干光束經(jīng)典代表是高斯謝爾模光束，其光強(qiáng)和空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)分布(相干度分布)都為高斯型。近年來，具有特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)部分相干光束引起了研究者的巨大興趣，因?yàn)檫@些光束有著許多獨(dú)特的性質(zhì)，比如：非均勻關(guān)聯(lián)部分相干光束在傳輸過程中具有自聚焦特性；拉蓋爾高斯關(guān)聯(lián)部分相干光束經(jīng)聚焦后在焦點(diǎn)附近產(chǎn)生三維囚籠；厄米高斯關(guān)聯(lián)部分相干光束在傳輸過程中出現(xiàn)自分裂性質(zhì)；圓對稱余弦高斯部分相干光束在遠(yuǎn)場形成圓環(huán)面包圈光強(qiáng)分布；矩形對稱余弦高斯部分相干光束在遠(yuǎn)場形成4個(gè)子光束陣列分布；廣義多模高斯關(guān)聯(lián)部分相干光束在遠(yuǎn)場既可以形成圓環(huán)面包圈分布，也可以形成圓對稱平頂分布。這些光束的產(chǎn)生以及研究得益于Gori等人在理論上構(gòu)建對特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)部分相干光束真實(shí)產(chǎn)生的充分條件。經(jīng)蔡陽健、王飛、梅掌榮、Olga等眾人對其在實(shí)驗(yàn)以及理論上產(chǎn)生以及研究，其結(jié)果可預(yù)言：這些特殊光束在粒子捕獲、大氣通訊、激光涂敷、信息加載解密、高質(zhì)量成像等方面具有完全相干光束以及傳統(tǒng)部分相干光束(高斯謝爾模光束)所無法替代的作用。長期以來，對于部分相干光束，眾多研究者們都是利用標(biāo)量場方法對其進(jìn)行研究，但是這將忽略光束的偏振特性，從而會(huì)丟失很多有用的信息以及應(yīng)用，比如現(xiàn)在對于有些實(shí)際應(yīng)用的光通訊，就是利用光束的偏振特性，對其某個(gè)偏振方向定義為1，在垂直方向上定義為0，從而可以將信息利用二進(jìn)制加載在光束的偏振特性上，在接收端對光束偏振進(jìn)行探測，從而可以解碼。除此之外，經(jīng)學(xué)者廣泛的研究表明：矢量部分相干光束在自由光通訊、高分辨成像、數(shù)據(jù)加密、光學(xué)照明等應(yīng)用具有重要的價(jià)值。對于特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)部分相干光束實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生，目前基本局限于腔外，激光器出來的基模光束通過一些光學(xué)元器件，比如空間光調(diào)制器、毛玻璃、薄透鏡等元器件，即可產(chǎn)生想要的特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)部分相干光束。但是空間光調(diào)制器較高的成本價(jià)格、低閾值功率以及低效率，毛玻璃的機(jī)械抖動(dòng)的不穩(wěn)定性，勢必對其高功率等實(shí)際應(yīng)用造成阻礙，比如軍事方面。有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計(jì)人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種產(chǎn)生多種矢量特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)低相干光束的方法及激光器，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種產(chǎn)生矢量特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)低相干光束的方法及激光器，直接輸出來的光束即為矢量特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)部分相干光束，所產(chǎn)生的矢量特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)部分相干光束在粒子捕獲、激光涂敷、自由光通訊，信息加載解密、高質(zhì)量成像等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明的產(chǎn)生矢量特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)低相干光束的方法，包括步驟：S1、利用相平行的全反射鏡和耦合輸出鏡，以及三薄透鏡構(gòu)成簡并腔；S2、在簡并腔內(nèi)以氙燈作為激勵(lì)源，使Nd：YAG中的粒子在吸收能量后實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)超過其閾值后，為實(shí)現(xiàn)光束受激放大做好準(zhǔn)備；S3、將受激放大的光束經(jīng)歷布儒斯特窗，得部分偏振光束，再經(jīng)過線偏振片，得到純線偏振光束，之后經(jīng)過半波片，通過旋轉(zhuǎn)半波片來旋轉(zhuǎn)線偏振光束的偏振方向；S4、從半波片出來的光束，經(jīng)過第一偏振分光鏡分成透射光束和反射光束，將透射光束經(jīng)擴(kuò)束鏡、薄透鏡、鍍膜反射鏡到達(dá)第二偏振分光鏡；將反射光束經(jīng)擴(kuò)束鏡、薄透鏡、振幅衰減片、鍍膜反射鏡到達(dá)第二偏振分光鏡，兩路光束經(jīng)第二偏振分光鏡矢量合成，輸出矢量部分相干光束輸出，最后穿過薄透鏡與耦合輸出鏡，輸出矢量特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)部分相干光束。本發(fā)明的產(chǎn)生矢量特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)低相干光束的激光器，包括-構(gòu)成法布里-珀羅腔的相平行的全反射鏡(1)和耦合輸出鏡(17)，所述法布里-珀羅腔里設(shè)有將其變成簡并腔的三薄透鏡(8、12、16)；-設(shè)置在全反射鏡(1)和耦合輸出鏡(17)之間的偏振光束產(chǎn)生組件，所述偏振光束產(chǎn)生組件包括光源、布儒斯特窗(3)和線偏振片(4)；-將偏振光束分成偏振方向相互垂直的兩束線偏振光束、并將兩束線偏振光束偏振合成矢量光束經(jīng)耦合輸出鏡輸出的改進(jìn)的馬赫-曾德爾干涉儀，所述改進(jìn)的馬赫-曾德爾干涉儀包括第一偏振分光鏡(6)、兩所述薄透鏡(8、12)、分別位于透射光路和反射光路上的兩鍍膜反射鏡(9、14)、以及將兩鍍膜反射鏡反射的光束偏振合成的第二偏振分光鏡(15)，其中兩薄透鏡(8、12)分別位于第一偏振分光鏡透射光路和反射光路上；-所述薄透鏡(16)設(shè)置在第二偏振分光鏡(15)與耦合輸出鏡(17)之間，其中薄透鏡(8、16)構(gòu)成第一偏振分光鏡透射光路上的4f成像系統(tǒng)，薄透鏡(12、16)構(gòu)成第一偏振分光鏡反射光路上的4f成像系統(tǒng)。進(jìn)一步的，兩所述鍍膜反射鏡(9、14)到位于所述第二偏振分光鏡(15)合成光路上的薄透鏡(16)的距離等于薄透鏡(16)到所述耦合輸出鏡(17)的距離，并等于薄透鏡(16)的焦距。進(jìn)一步的，兩所述鍍膜反射鏡(9、14)放置在兩4f光學(xué)系統(tǒng)的頻譜面處。進(jìn)一步的，所述第一偏振分光鏡(6)與其透射光路上的薄透鏡(8)之間及與其反射光路上的薄透鏡(12)之間均設(shè)有擴(kuò)束鏡(7、11)。進(jìn)一步的，所述改進(jìn)的馬赫-曾德爾干涉儀還包括設(shè)置在第一偏振分光鏡(6)反射光路上的薄透鏡(12)與鍍膜反射鏡(14)之間的振幅衰減片(13)。進(jìn)一步的，所述線偏振片(4)與第一偏振分光鏡(6)之間設(shè)有半波片(5)。進(jìn)一步的，所述光源包括使工作物質(zhì)中的粒子在吸收能量后實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的激勵(lì)源。進(jìn)一步的，所述激勵(lì)源為氙燈。進(jìn)一步的，所述工作物質(zhì)為Nd：YAG。借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、可直接輸出矢量特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)部分相干光束，不需腔外繁瑣調(diào)制，運(yùn)輸攜帶方便，對于其應(yīng)用提供了很大的便捷；2、將4f光學(xué)系統(tǒng)安置在由兩個(gè)平行的全反射鏡和耦合輸出鏡所構(gòu)成的法布里-珀羅腔，即構(gòu)成簡并腔，所有的模式都是本征模，即此光學(xué)腔可支持多模，從而直接輸出部分相干光束，可利用鍍膜反射鏡上的鍍膜對光強(qiáng)衰減區(qū)域的大小(起到光闌左右)來控制模數(shù)，從而改變輸出光束的相干性大小，模數(shù)越多，輸出光束的相干性越低，除此之外，可以通過調(diào)節(jié)擴(kuò)束鏡來調(diào)節(jié)鍍膜反射鏡上光斑大小，以來實(shí)現(xiàn)反射模數(shù)的控制，同樣可實(shí)現(xiàn)相干性的調(diào)節(jié)；3、利用改進(jìn)的馬赫-曾德爾干涉儀將光束分成兩束，然后相干疊加，來便捷的產(chǎn)生矢量光束，可通過對擴(kuò)束鏡與振幅衰減片的控制，來獲得不同的相干疊加的效果，可輸出不一樣的矢量光束；4、將鍍膜反射鏡放置在4f光學(xué)系統(tǒng)的頻譜面處，可以在平面鏡上鍍不同振幅性衰減膜，基于VanCittertZernike原理，可對頻譜面進(jìn)行不同的調(diào)制，可以獲得不同特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)分布的輸出光束；5、現(xiàn)有技術(shù)中，腔外產(chǎn)生矢量特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)部分相干光束，器件較雜多，調(diào)制較繁瑣，實(shí)驗(yàn)中一般都采用液晶空間光調(diào)制器，由于其價(jià)格相對較高、損傷閾值較低以及低效率，對于部分相干光束的實(shí)現(xiàn)，是借助于旋轉(zhuǎn)的毛玻璃，但是其具有機(jī)械抖動(dòng)不穩(wěn)定性，并且在實(shí)驗(yàn)上，其相干性可調(diào)控范圍較窄，這對其光束的實(shí)際應(yīng)用，特別軍事應(yīng)用，造成了極大的障礙；而本發(fā)明的光腔內(nèi)不采用液晶空間光調(diào)制器，所以可產(chǎn)生高功率光束，對于部分相干光束的形成以及相干性的調(diào)控，是基于此光腔可支持眾多的模式，通過對腔內(nèi)模數(shù)的調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)相干性調(diào)節(jié)，并且可調(diào)節(jié)區(qū)域較大，從完全相干到完全非相干；且本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊，采用的元器件易采購，價(jià)格相對低廉，有著巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。附圖說明圖1為本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中布儒斯特窗工作原理圖；圖3為本發(fā)明中偏振分光鏡工作原理圖；圖4為本發(fā)明中4f光學(xué)系統(tǒng)示意圖；圖5為本發(fā)明中鍍膜反射鏡列舉示意圖；圖6為本發(fā)明中輸出光束相干度分布列舉示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。參見圖1，在本發(fā)明中，一種產(chǎn)生矢量特殊空間關(guān)聯(lián)部分相干光束的激光器，包括全反射鏡1、工作物質(zhì)2、激勵(lì)源10、布儒斯特窗3、線偏振片4、半波片5、偏振分光鏡6和15、擴(kuò)束鏡7和11、薄透鏡8、12和16(三個(gè)薄透鏡是完全一樣的，并具有f的焦距)、振幅衰減片13、鍍膜反射鏡9和14、耦合輸出鏡17，其中布儒斯特窗的法線與光腔的軸線構(gòu)成的夾角為布儒斯特角。本發(fā)明的產(chǎn)生矢量特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)部分相干光束的方法包括以下步驟：S1、利用相平行的全反射鏡和耦合輸出鏡，以及三薄透鏡構(gòu)成簡并腔，即由4f光學(xué)系統(tǒng)(由兩個(gè)完全一樣的薄透鏡構(gòu)成)安置在法布里-珀羅腔里，構(gòu)成簡并腔，即腔內(nèi)可支持眾多模式，實(shí)現(xiàn)部分相干光束輸出，甚至完全非相干光束，在4f光學(xué)系統(tǒng)頻譜面處，放置鍍膜反射鏡來進(jìn)行光強(qiáng)整形，基于VanCittertZernike定理，可以通過更換不同的鍍膜反射鏡(不同透過率函數(shù)分布以及大小的鍍膜反射鏡)來實(shí)現(xiàn)不同空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)部分相干光束輸出；S2、氙燈作為激勵(lì)源，使得工作物質(zhì)(Nd：YAG)中的粒子在吸收能量后實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)超過其閾值后，為實(shí)現(xiàn)光束受激放大做好準(zhǔn)備；S3、當(dāng)受激放大的光束經(jīng)過布儒斯特窗得到部分偏振光束，再經(jīng)過線偏振片，從而得到純線偏振光束(濾去雜散偏振光)，之后經(jīng)過半波片，通過旋轉(zhuǎn)半波片來旋轉(zhuǎn)線偏振光束的偏振方向；S4、從半波片出來的光束，經(jīng)過第一偏振分光鏡分成兩束(透射光束和反射光束)，在透射光路上，光束經(jīng)擴(kuò)束鏡、薄透鏡、鍍膜反射鏡到達(dá)第二偏振分光鏡；在反射光路，光束經(jīng)擴(kuò)束鏡、薄透鏡、振幅衰減片、鍍膜反射鏡，到達(dá)第二偏振分光鏡，兩路光束經(jīng)第二偏振分光鏡矢量合成，輸出矢量部分相干光束，最后穿過薄透鏡與耦合輸出鏡，輸出矢量特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)部分相干光束。具體過程為：激勵(lì)源10給工作物質(zhì)2提供能量，粒子在吸收能量后，其從低能級向高能級躍遷，造成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，為受激放大做好準(zhǔn)備。當(dāng)光束通過工作物質(zhì)2后，其經(jīng)歷受激放大。當(dāng)放大的光束(是非偏振光束)經(jīng)歷布儒斯特窗3，可得部分偏振光束，如圖2所示。參見圖2，當(dāng)一束非偏振光束沿著光腔軸線以布儒斯特窗對應(yīng)的布儒斯特角(θ＝arctann2/n1，n1為環(huán)境的折射率，n2為該布儒斯特窗材料的折射率，則θ為該布儒斯特窗所對應(yīng)的布儒斯特角，又稱之為起偏振角)為入射角入射到布儒斯特窗，那么反射的光束是線偏振光束，并且其偏振方向垂直于入射面，稱之為S光，經(jīng)過布儒斯特窗透射的光束，為部分偏振光束，其含有大部分平行于入射面的偏振分量(稱之為P光)，以及少量的垂直于入射面的S光。這意味著S光在諧振腔內(nèi)，其損耗將大于通過增益介質(zhì)所得到的增益，因而無法形成振蕩。最后的結(jié)果就是，能夠真正在諧振腔受激輻射放大的為P光，最后從光腔輸出的激光只含有P光，形成線偏振光束。從布儒斯特窗3出來的部分偏振光束，經(jīng)過線偏振片4，得到完全線偏振光束，其中線偏振片4的偏振透射方向應(yīng)調(diào)至到與布儒斯特窗3出來的P光平行，滿足P光全部通過，而S光被過濾。調(diào)節(jié)線偏振片4的偏振透射方向與布儒斯特窗3出來的P光偏振方向相互平行的方法是：在線偏振片4后放置分束鏡，以引出一束光束至腔外，利用光功率探測器探測引出光束光強(qiáng)的大小，通過旋轉(zhuǎn)線偏振4，引出光束的光強(qiáng)發(fā)生變化，其中光強(qiáng)最大的時(shí)候，線偏振片4的透射方向即滿足與布儒斯特窗3出來的P光平行。從線偏振4出來的線偏振光，垂直通過半波片5，通過旋轉(zhuǎn)半波片5來改變從其透射出線偏振光束的偏振方向。從半波片5透射出來的線偏振光束經(jīng)過第一偏振分光鏡6，可得到偏振方向與傳輸方向相處垂直的兩束線偏振光束，如圖3所示，其中從第一偏振分光鏡6透射一路的線偏振光束(假定為x方向偏振)，通過擴(kuò)束鏡7和薄透鏡8，并經(jīng)鍍膜反射鏡9反射后，到達(dá)第二偏振分光鏡15；而從第一偏振反光鏡6反射一路的另一線偏振光束(假定為y方向偏振)，通過擴(kuò)束鏡11、薄透鏡12和振幅衰減片13，并經(jīng)鍍膜反射鏡14反射后，到達(dá)第二偏振分光鏡15；第一偏振分光鏡6透射光路與反射光路上，兩束偏振方向相互垂直的線偏振光束經(jīng)第二偏振分光鏡15偏振合成以后，可得矢量光束，其中偏振分光鏡6和15、擴(kuò)束鏡7和11、薄透鏡8和12、振幅衰減片13，以及鍍膜反射鏡9和14構(gòu)成了改進(jìn)的馬赫-曾德爾干涉儀。對于上述步驟中，通過旋轉(zhuǎn)半波片5來改變出射線偏振光束的偏振的角度，從而可以實(shí)現(xiàn)對從第一偏振分光鏡6出來的兩路光束的光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)節(jié)；在反射光路上，安置了振幅衰減片13，可對單光路的光束進(jìn)行振幅衰減。振幅衰減片13與半波片5可精確的控制兩路光束光強(qiáng)的大小，從而實(shí)現(xiàn)電場x方向與y方向耦合的程度，控制矢量光束特性。本發(fā)明的裝置采用的是4f成像系統(tǒng)安裝在法布里-珀羅腔，構(gòu)成簡并腔。其中薄透鏡8和16將構(gòu)成第一偏振分光鏡6透射光路(x方向偏振光路)上的4f成像系統(tǒng)，而薄透鏡12和16將構(gòu)成第一偏振分光鏡6反射光路(y方向偏振光路)上的4f成像系統(tǒng)?；趦蓚€(gè)4f成像系統(tǒng)，全反射鏡1將成像于耦合輸出鏡17，同樣耦合輸出鏡17將成像于全反射鏡1處，如圖4所示，這就意味著所有的模式在經(jīng)歷一個(gè)完整的傳輸(比如：從全反射鏡1出發(fā)，經(jīng)耦合輸出鏡17反射后再到全反射鏡1)，都能再現(xiàn)自己，即模式的自再現(xiàn)，所以所有的模式都是此腔的本征模，這就說明此光腔為簡并腔。因?yàn)榇斯馇豢芍С直姸嗟哪Ｊ?，所以光腔可直接輸出低相干性光束，可以通過控制模數(shù)，來調(diào)節(jié)輸出光束的相干性高低，模數(shù)越多，輸出的相干性越低。本發(fā)明的光腔中，鍍膜反射鏡9和14分別安置在兩個(gè)偏振路徑(第一偏振分光鏡6的透射光路與反射光路)的4f系統(tǒng)頻譜面處，如圖4所示。對于鍍膜反射鏡9和14，是在平面全反射鏡上鍍有不同反射率分布的膜，起到對光強(qiáng)進(jìn)行整形的作用，如圖5所示，其反射率可實(shí)現(xiàn)從0％到100％(不考慮吸收損耗等)，對應(yīng)從黑色到白色區(qū)域。通過在全反射平面鏡上鍍不同分布反射率的膜，來獲得對光強(qiáng)不同的整形效果。對于相干性大小的調(diào)控，即模數(shù)的調(diào)控，是基于鍍膜反射鏡9和14來實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)橛捎阱兡し瓷溏R9和14的鍍膜因素，有些區(qū)域可反射，有些區(qū)域無法反射，這樣意味著鍍膜分布的大小以及形狀會(huì)影響通過鍍膜反射鏡9和14模式的數(shù)量，以此可實(shí)現(xiàn)相干性的調(diào)控，這個(gè)與經(jīng)典的腔內(nèi)光闌選模的作用異曲同工之妙。在本發(fā)明中，選取鍍膜反射鏡9和14上的鍍膜分布較大，以致滿足能從鍍膜反射鏡9和14可以支持反射的模式較多，從而實(shí)現(xiàn)在鍍膜反射鏡9和14反射前，該光束可以認(rèn)為是完全非相干光束，并且光強(qiáng)分布為均勻分布。即在空間—頻譜域中，此光束的交叉譜密度函數(shù)表達(dá)式可以表示為：J0(r1,r2)＝1·δ(r1-r2)，其中，r1，r2為頻譜處點(diǎn)的矢量位置；δ為狄拉克函數(shù)，只有當(dāng)滿足r1＝r2時(shí)，等于1，其余情況都為0。其中因?yàn)楣鈴?qiáng)分布是均勻的，所以是1，而因?yàn)槭峭耆窍喔?，所以關(guān)聯(lián)函數(shù)可以用狄拉克函數(shù)表示。鍍膜反射鏡9和14對入射的光束起到振幅調(diào)制的作用，假設(shè)其對光強(qiáng)調(diào)制函數(shù)為f(r1,r2)，則經(jīng)鍍膜反射鏡9和14反射后，其出射光束的交叉譜密度函數(shù)可以寫為：J1(r1,r2)＝f(r1,r2)J0(r1,r2)＝f(r1,r2)δ(r1-r2)＝f(r1)，此光束仍為完全非相干光束。從鍍膜反射鏡9和14反射出來的完全非相干特定光強(qiáng)分布(就是鍍膜反射鏡的反射率分布)的光束，經(jīng)薄透鏡16，最后到達(dá)耦合輸出鏡17上，因?yàn)殄兡し瓷?和14到薄透鏡16的距離等于薄透鏡16到耦合輸出鏡17的距離，并等于薄透鏡16的焦距f。在這個(gè)傳輸過程中，借助傳輸矩陣ABCD法則去表示，并利用柯林公式，可研究到達(dá)耦合輸出鏡17光束的光學(xué)性質(zhì)，其中對于這個(gè)過程傳輸矩陣ABCD可以表示為：ABCD=1f0110-1f11f01=0f-1f0,]]>其中柯林公式為：J(ρ1,ρ2)=1λ2B2∫-∞+∞∫-∞+∞J1(r1,r2)exp(-ikA2B(r22-r12)+ikA2B(ρ22-ρ12)-ikB(r2ρ2-r1ρ1))d2r1d2r2,]]>根據(jù)這個(gè)傳輸過程對應(yīng)的ABCD值，其柯林公式可化簡為：J(ρ1,ρ2)=1λ2B2∫-∞+∞∫-∞+∞J1(r1,r2)exp(-ikf(r2ρ2-r1ρ1))d2r1d2r2,]]>上式即為傅里葉變化公式，其中J1(r1,r2)為鍍膜反射鏡9和14反射后光束的交叉譜密度函數(shù)，將其結(jié)果代入上式，可得：J(ρ1,ρ2)=1λ2B2∫-∞+∞f(r1)exp(-ikf(ρ2-ρ1)r1)d2r1=1λ2B2μ(ρ2-ρ1),]]>這個(gè)也就是VanCittertZernike理論，通過上式表明，達(dá)到耦合輸出鏡17光束的交叉譜密度函數(shù)可以表示鍍膜反射鏡反射率分布函數(shù)f(r1)的傅里葉變化，并乘以一個(gè)系數(shù)，其中對f(r1)的傅里葉變化后的結(jié)果只與ρ2-ρ1的值有關(guān)，所以這個(gè)結(jié)果為空間關(guān)聯(lián)函數(shù)(相干度分布函數(shù))，為謝爾模型。通過對上式研究，得到在耦合輸出鏡17處的光束具有以下特性：1、光束的光強(qiáng)分布為均勻分布；2、光束的相干度分布為鍍膜反射鏡9和14鍍膜反射率分布函數(shù)的傅里葉變化。因此，這個(gè)就意味著，可以通過在全反射平面鏡上鍍有不同反射率分布的膜，來實(shí)現(xiàn)從耦合輸出鏡17輸出不同空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)分布的部分相干光束，如圖6所示(與圖5上下一一對應(yīng))。利用上面相干合成產(chǎn)生矢量光束的馬赫-曾德爾干涉儀，可以實(shí)現(xiàn)從該激光器裝置直接輸出矢量不同空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)分布的部分相干光束，因?yàn)榭臻g關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)分布可實(shí)現(xiàn)非高斯，所以稱之為特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)分布。其中在改進(jìn)的馬赫-曾德爾干涉儀中，擴(kuò)束鏡7和11，可連續(xù)調(diào)節(jié)光斑大小，從而實(shí)現(xiàn)在薄透鏡8和12焦點(diǎn)處鍍膜反射鏡9和14光斑的大小。從擴(kuò)束鏡7和11出來的光斑尺寸越大，聚焦到鍍膜反射鏡9和14的光斑尺寸越小。假設(shè)鍍膜反射鏡9和14的鍍膜大小和形狀不變，那么聚焦到鍍膜反射鏡7和14的光斑越小，則通過的模式數(shù)越多，表明從耦合輸出鏡17輸出的光束相干性越低。這就意味著，可通過擴(kuò)束鏡7和11對輸出相干性進(jìn)行調(diào)控。除此之外，通過擴(kuò)束鏡7和11對兩路光束光斑尺寸進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對電場x方向與y方向耦合程度的調(diào)制，從而改變光束矢量特性。本發(fā)明的產(chǎn)生矢量特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)部分相干光束的方法及激光器，其中矢量的實(shí)現(xiàn)是基于改進(jìn)的馬赫-曾德爾干涉儀。其中擴(kuò)束鏡7和11、振幅衰減片13以及半波片5可調(diào)控電場x方向與y方向之間的耦合程度，可改變光束的矢量特性；對于部分相干光束的實(shí)現(xiàn)，是基于在法布里-珀羅腔里安置4f光學(xué)系統(tǒng)，來構(gòu)成簡并腔。這個(gè)光腔可支持眾多的模式，模數(shù)越多，則從該激光器輸出的光束相干性越低；利用擴(kuò)束鏡7和11來調(diào)節(jié)4f光學(xué)系統(tǒng)頻譜面處(鍍膜反射鏡9和14處)光斑大小，來實(shí)現(xiàn)對輸出光束相干性的高低的控制。除此之外，對于鍍膜反射鏡9和14，通過選擇不同反射率分布區(qū)域的大小，來控制反射光斑的大小，從而實(shí)現(xiàn)對模數(shù)的控制，最終控制輸出相干性的大??；對于特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)分布的實(shí)現(xiàn)，是基于VanCittertZernike理論，對于完全非相干光束，其經(jīng)過傅里葉變化傳輸后，光束的關(guān)聯(lián)函數(shù)是該完全非相干光束光強(qiáng)的傅里葉變化。所以在鍍膜反射鏡9和14上鍍不同反射率分布的膜，來實(shí)現(xiàn)對入射光束的光強(qiáng)整形。而鍍膜反射鏡9和14到薄透鏡16的距離等于薄透鏡16到耦合輸出鏡17的距離，并等于薄透鏡16的焦距，這個(gè)光學(xué)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)傅里葉變化光學(xué)傳輸。所以選擇不同反射率分布的鍍膜反射鏡9和14，來獲得不同的空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)分布的部分相干光束的輸出。之所以稱之為特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)分布，是因?yàn)楸景l(fā)明可實(shí)現(xiàn)除經(jīng)典高斯式的空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)分布之外，還可實(shí)現(xiàn)非高斯分布。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3