本發(fā)明涉及光束的調(diào)控技術，具體涉及一種利用空間光調(diào)制器產(chǎn)生相干度隨時間可控變化部分相干光束的方法及其裝置，可以方便高效地產(chǎn)生相干度隨時間可控變化的部分相干光束，應用于激光通信、激光加工、微粒捕獲等領域。

背景技術：

激光由于其高相干性、良好的方向性和單色性等優(yōu)點，被廣泛地應用于工業(yè)加工、遙感探測、信息存儲、光纖通信等眾多領域。但是在有些應用中，激光的高相干性會帶來一些負面的影響。例如高相干性的激光會產(chǎn)生嚴重的散斑現(xiàn)象，這影響了激光在顯示和成像等方面的應用。此外，高相干性的激光光束在大氣等湍流介質(zhì)中傳輸時，也更容易引起畸變以及抖動，這影響了激光在通信探測等方面的應用。部分相干光不僅保持了完全相干激光光束的高方向性和高亮度的特點，還具有抗散斑、抗大氣湍流擾動影響的特性，被廣泛用于激光加工等領域。

目前常用的產(chǎn)生部分相干光束的方法包括以下兩種：1.激光器輸出的光束經(jīng)過望遠鏡系統(tǒng)進行擴束，在構成望遠鏡系統(tǒng)的雙透鏡共焦點處附近放入旋轉的毛玻璃，通過控制毛玻璃的位置，可以定性地調(diào)控光束的相干性。2.在光束的光路中加入聲光調(diào)制晶體或者介電彈性體驅(qū)動器。

目前實驗上產(chǎn)生部分相干光的方法，主要都是相干度隨時間固定不變的部分相干光，沒有涉及相干度隨時間可控變化的部分相干光的產(chǎn)生方法。光束的光強分布會受到光束的相干度特性的影響，隨著光束相干度的降低，光斑的尺寸將變大，光功率密度將減小。如果部分相干光的相干度可以隨時間可控變化，就意味著光斑的尺寸和光功率密度都是可控變化的。因此這種相干度隨時間可控變化的部分相干光束在激光加工、光學微粒操控有重要的應用價值。隨著激光技術在工業(yè)應用方面的發(fā)展，部分相干光束的產(chǎn)生與應用是一個熱點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術之不足，提供一種相干度隨時間可控變化的部分相干光束的產(chǎn)生裝置及方法，本發(fā)明所提供的裝置可直接產(chǎn)生相干度隨時間可控變化的部分相干光束，操作簡單，通過控制空間光調(diào)制器上的隨機相位，可實現(xiàn)對部分相干光束的相干度的調(diào)控；通過改變空間光調(diào)制器上隨機相位隨時間變化的規(guī)律，可使得部分相干光束的相干度隨時間可控變化，克服了現(xiàn)有技術存在的不足。本發(fā)明技術方案所產(chǎn)生的相干度隨時間可控變化的部分相干光束，在微粒捕獲、激光加工等方面有著重要的應用價值。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種相干度隨時間可控變化的部分相干光束的產(chǎn)生裝置，依次包括：激光器、擴束裝置、偏振片、空間光調(diào)制器和第一計算機；所述擴束裝置接收所述激光器產(chǎn)生的完全相干光束，進行擴束后發(fā)射給所述偏振片；所述偏振片接收所述擴束裝置發(fā)射的擴束光束，生成偏振光束后入射到所述空間光調(diào)制器；所述空間光調(diào)制器與所述第一計算機相連接用于加載所述第一計算機生成的隨機度隨時間變化的動態(tài)隨機相位圖，對所述偏振光束進行相干性調(diào)制，獲得相干度隨時間可控變化的部分相干光束。

優(yōu)選的，相干度隨時間可控變化的部分相干光束的產(chǎn)生裝置，還包括：

雙縫、光束分析儀和第二計算機；所述第二計算機與所述光束分析儀相連接；所述空間光調(diào)制器反射輸出的部分相干光束依次經(jīng)由所述雙縫、光束分析儀和第二計算機，并由所述第二計算機進行相干度的測量。

優(yōu)選的，所述空間光調(diào)制器為反射式相位型空間光調(diào)制器。

優(yōu)選的，所述擴束裝置依次包括短焦距凸透鏡和長焦距凸透鏡；所述激光器發(fā)出的完全相干光束經(jīng)過短焦距凸透鏡和長焦距凸透鏡進行準直擴束。

一種相干度隨時間可控變化的部分相干光束的產(chǎn)生方法，包括如下步驟：

由激光器發(fā)出完全相干光束，經(jīng)擴束裝置擴束后，經(jīng)由偏振片后入射到空間光調(diào)制器上；

在空間光調(diào)制器上加載第一計算機生成的隨機度隨時間變化的動態(tài)隨機相位圖；

經(jīng)空間光調(diào)制器進行相干性調(diào)制，獲得相干度隨時間可控變化的部分相干光束。

優(yōu)選的，所述方法還包括：

空間光調(diào)制器反射輸出的部分相干光束依次經(jīng)由所述雙縫、光束分析儀和第二計算機，并由所述第二計算機進行相干度的測量。

本發(fā)明的原理是通過控制空間光調(diào)制器上的動態(tài)隨機相位隨時間變化規(guī)律，克服現(xiàn)有技術無法實現(xiàn)部分相干光束的相干度隨時間可控變化。利用空間光調(diào)制器對入射光束進行相位調(diào)控，具體為在激光出射的完全相干光束的基礎上加入了動態(tài)的相位調(diào)控，此時光束的相位將隨時間發(fā)生變化，從而完全相干光束被調(diào)制為部分相干光束，光束的相干度由加載動態(tài)相位的隨機度所決定，動態(tài)相位的隨機度越大，則光束的相干度越低。根據(jù)這一原理，在空間光調(diào)制加載上隨機度隨時間可控變化的動態(tài)隨機相位，就可以實現(xiàn)控制部分相干光束的相干性隨時間可控變化。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、直接利用完全相干光束產(chǎn)生部分相干光束，方法簡單，可靠；

2、通過控制空間光調(diào)制器上的動態(tài)隨機相位，所產(chǎn)生的部分相干光束的相干度可以隨時間可控變化；

3、所提供的相干度隨時間可控變化的部分相干光束的裝置結構簡單，易于調(diào)整。

以下結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的一種相干度隨時間可控變化的部分相干光束的產(chǎn)生裝置及方法不局限于實施例。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種相干度隨時間可控變化的部分相干光束的產(chǎn)生裝置的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中在空間光調(diào)制器上加載的動態(tài)隨機相位圖的靜態(tài)示意圖；其中，圖2(a)的隨機度a＝0.1；圖2(b)的隨機度a＝0.5；圖2(c)的隨機度a＝1；

圖3為本發(fā)明實施例中測量的部分相干光束的相干度曲線隨時間變化曲線；其中，圖3(a)表示一種相干度隨時間逐漸減小的部分相干光束，圖3(b)表示一種相干度隨時間逐漸增加的部分相干光束3(b)。

附圖標記：1、激光器，2、短焦距凸透鏡，3、長焦距凸透鏡，4、偏振片，5、空間光調(diào)制器，6、第一計算機，7、雙縫，8、光束分析儀，9、第二計算機。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本實施例提供的一種相干度隨時間可控變化的部分相干光束的產(chǎn)生及測量裝置的結構示意圖，其具體結構的示意圖參見附圖1所示；該裝置依次包括激光器1、短焦距凸透鏡2、長焦距凸透鏡3、偏振片4、空間光調(diào)制器5、控制空間光調(diào)制器的第一計算機6、雙縫7、光束分析儀8、用于測量的第二計算機9。

本實施例提供的一種相干度隨時間可控變化的部分相干光束的產(chǎn)生方法，包括以下步驟：

步驟1，將激光器1打開，完全相干的激光光束經(jīng)過短焦距透鏡2和長焦距透鏡3準直擴束后，再經(jīng)線偏振片4形成線偏振光；

步驟2，線偏振光入射到相位型空間光調(diào)制器5，經(jīng)過記載了動態(tài)隨機相位的空間光調(diào)制器反射的光束即為部分相干光束；利用計算機6控制相位型空間光調(diào)制器的相位分布，可以有效方便地控制部分相干光束的相干度。

步驟3，空間光調(diào)制器的反射光經(jīng)由雙縫7、光束分析儀8及與其相連接的第二計算機9組成測量裝置，用于測量部分相干光束的相干度。

具體的，在本實施例中，由激光器1發(fā)出的完全相干光束，經(jīng)過短焦距凸透鏡2和長焦距凸透鏡3進行擴束。本實施例中的激光器1為氦氖激光器，輸出功率為10mw，波長為633nm；短焦距透鏡2的焦距f＝15mm，長焦距透鏡3的焦距f＝60mm。擴束后的激光光束經(jīng)過偏振片4，獲得線偏振光束。

線偏振光入射到空間光調(diào)制器5，該空間光調(diào)制器5為反射式相位型空間光調(diào)制器(德國holoeye，pluto)，其上加載動態(tài)隨機相位由第一計算機6控制。利用第一計算機6通過控制相位型空間光調(diào)制器5的相位分布，可以有效方便地控制部分相干光束的相干度。

附圖2所示為灰度值空間隨機分布的相位圖的靜態(tài)結果，在實驗中利用隨機函數(shù)產(chǎn)生出灰度值空間隨機分布的相位圖。為了獲得相干度隨時間變化的部分相干光，選取了不同變化幅度的隨機函數(shù)。其中隨機函數(shù)的變化幅度參量用a表示，其中圖2(a)的隨機度a＝0.1；圖2(b)的隨機度a＝0.5；圖2(c)的隨機度a＝1。隨機函數(shù)所對應的灰度變化為0.5-a到0.5+a。對于每一個的隨機函數(shù)，獲得300個相位圖。利用這300個相位圖組成一個動態(tài)圖像，將該動態(tài)圖像加載到空間光調(diào)制器。當激光經(jīng)該空間光調(diào)制器反射，就可以獲得某一特定相干度范圍的部分相干光束。

為了實現(xiàn)部分相干光束的相干度隨時間的可控變化。把不同隨機函數(shù)所對應的動態(tài)圖像，進行一定的排序，并將其組合成一個隨機度隨時間可控變化的動態(tài)圖。將這個隨機度隨時間可控變化的動態(tài)相位加載到空間光調(diào)制器上，當激光經(jīng)過該空間光調(diào)制器反射，即可產(chǎn)生相干度隨時間可控變化的部分相干光束。通過合理的控制動態(tài)相位的隨機度變化規(guī)律，可以使得部分相干光的相干度實現(xiàn)某一特定類型的隨時間變化規(guī)律。

在本實施案例中，雙縫7、光束分析儀8及與其相連接的第二計算機9組成測量裝置，用于測量部分相干光束的相干度。

附圖3所示為本實施例提供的一種相干度隨時間逐漸減小的部分相干光束3(a)和一種相干度隨時間逐漸增加的部分相干光束3(b)。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權利要求及其等同物限定。