一種產(chǎn)生全龐加萊光束的裝置和方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及應用光學技術領域，特別是設及一種龐加萊光束的產(chǎn)生方法和裝置。
【背景技術】
[0002] 自上世紀第一臺紅寶石激光器被發(fā)明出來W后，激光技術得到了迅猛的發(fā)展，激 光技術極大的促進了社會的進步和發(fā)展。偏振特性是激光的一項重要特性，通過大量實驗 研究通過改變激光的偏振特性可W有效的降低激光在端流大氣中閃爍指數(shù)，該一優(yōu)勢將可 W大幅提高激光在大氣傳輸中的質(zhì)量，為大氣激光通訊、激光武器、激光遙感等應用奠定基 礎。
[0003] 近年來，通過改變激光的偏振特性來改善激光傳輸特性的研究引起了研究者們的 興趣，龐加萊光束就是該種具有特殊偏振的光束。在經(jīng)典光學中，我們用Stokes參量來描 述光束的光波的偏振狀態(tài)，為了更加直觀的表示光波的偏振狀態(tài)，H.P〇incar6提出了一種 楠圓偏振光偏振狀態(tài)的幾何表示方法，該方法W Stokes參量中的SO為半徑做一個球體，該 球體就是龐加萊球，球面上每一個點都對應著不同的偏振狀態(tài)，而全龐加萊光束的橫截面 上的偏振狀態(tài)包含了龐加萊球面上所描述的所有偏振狀態(tài)。
[0004] 不同于傳統(tǒng)的標量光束，全龐加萊光束對亞微米級顆粒的作用力分為=個部分， 即；散射力、梯度力、卷曲力。由于特殊的偏振分布化及禍旋相位全龐加萊光束具有卷曲力， 該種力可W有效的控制亞微米級顆粒。該就為全龐加萊光束應用于微粒操控、粒子囚禁等 奠定了基礎。除此之外，龐加萊光束可W有效的應用于光束整形，通過改變龐加萊光束初始 參量可W在遠場得到不同的光強分布，包括：空屯、光束、高斯光束、平頂光束等。全龐加萊光 束的優(yōu)良特性還不止于此，近期經(jīng)實驗驗證，全龐加萊光束在端流大氣中傳輸時可W有效 的降低光束的閃爍指數(shù)，通過改變?nèi)嫾尤R光束的初始參數(shù)可W進一步減小端流大氣對光 束的影響。
[0005] 目前并沒有合適的產(chǎn)生全龐加萊光束的裝置和方法，有鑒于上述的缺陷，本設計 人，積極加W研究創(chuàng)新，W期創(chuàng)設一種產(chǎn)生全龐加萊光束的裝置和方法，使其更具有產(chǎn)業(yè)上 的利用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種全龐加萊光束的裝置和方法。
[0007] 本發(fā)明的技術方案如下；
[0008] -種產(chǎn)生全龐加萊光束的裝置，包括，
[0009] 光源，用于產(chǎn)生激發(fā)光；
[0010] 擴束鏡，用于接收來自所述光源的光束并且將所接收的光束進行擴束；
[0011] 叉形光柵，刻蝕在光柵玻璃上，用于過濾所述光束得到零級高斯光束W及一級拉 蓋爾高斯光束的混合光束；
[0012] 分光棱鏡，用于接收來自所述叉形光柵的光束，將來自所述叉形光柵的光束分為 透射混合光束和垂直于透射方向的反射混合光束；
[0013] 第一圓形光闊，對分光棱鏡中的透射混合光束進行過濾，過濾一級拉蓋爾光束；
[0014] 第一衰減片，用于接收第一圓形光闊過濾后的零級高斯光束并調(diào)節(jié)零級高斯光束 的光強峰值；
[0015] 第一平面鏡，用于垂直反射第一衰減片的零級高斯光束；
[0016] 半波片，用于接收第一平面鏡反射的零級高斯光束，并調(diào)節(jié)零級高斯光束的偏振 方向；
[0017] 第二圓形光闊，對分光棱鏡中的反射混合光束進行過濾，過濾零級高斯光束；
[0018] 第二平面鏡，用于垂直反射第二圓形光闊的一級拉蓋爾光束；
[0019] 第二衰減片，用于接收第二平面鏡反射的一級拉蓋爾光束并調(diào)節(jié)一級拉蓋爾光束 的光強峰值；
[0020] 偏振分光棱鏡，用于接收半波片射出的零級高斯光束和由第二衰減片射出一級拉 蓋爾光束用，并對接收到的零級高斯光束和由一級拉蓋爾光束進行合成。
[0021] 進一步的，所述光源為激光器，所述激光器為化-Ne氣體激光器。
[0022] 進一步的，所述光柵玻璃所用材料是烙凝石英Si02,其折射率是1. 45843。
[0023] 進一步的，所述叉形光柵的線對數(shù)是201p/mm(線對/毫米），叉形光柵表面凸起 的高度是入射光束的一個波長（本發(fā)明中d =0.632um)，其中光柵表面凸起部分呈余弦分 布。
[0024] 一種產(chǎn)生全龐加萊光束的方法，其特征在于，包含W下步驟：
[00巧]S1:光源發(fā)出準直的高斯光束，經(jīng)擴束鏡后射向叉形光柵，高斯光束通過光柵玻璃 后取零級高斯光束W及一級拉蓋爾高斯光束；
[0026] S2;零級高斯光束和一級拉蓋爾光束經(jīng)過分光棱鏡，分別透射和反射后用第一圓 形光闊將透射過的一級拉蓋爾光束濾掉，用第二圓形光闊將反射的零級高斯光束濾掉；
[0027] S3;將所述步驟S2中透射的零級高斯光束射向第一衰減片，零級高斯光束通過第 一衰減片后用第一平面鏡將其垂直反射至半波片，
[0028] S4;將所述步驟S2中反射的一級拉蓋爾光束射向第二平面鏡，經(jīng)第二平面鏡垂直 反射后射向第二衰減片；
[0029] S5;旋轉半波片的角度使步驟S3中的一級高斯光束的線偏振方向與步驟S4中反 射的零級拉蓋爾光束偏振方向相互垂直；
[0030] S6;將從半波片射出的零級高斯光束和由第二衰減片射出一級拉蓋爾光束用偏振 分光棱鏡合成，調(diào)節(jié)射出的兩束光平行共軸成一束合成光，此束合成光束即為全龐加萊光 束。
[0031] 進一步的，所述步驟S2和步驟S3中，通過調(diào)節(jié)第一衰減片和第二衰減片的角度， 使透射的高斯光束和反射的一級拉蓋爾光束的光強峰值比為1:1。
[0032] 進一步的，所述零級高斯光束的電場滿足下列表達式：
[0033]
[0034] 進一步的，所述一階拉蓋爾高斯光束的的電場滿足下列表達式，其中下列表達式 中的m取值1;
[00巧]
[0036] 進一步的，所述全龐加萊光束的電場滿足下列表達式：
[0037]
[0040]式中
exp 0 代表 e 指數(shù)函數(shù)；4 = tan-i (z/Zk)是 Gouy 是Gouy相位，《。是局斯光束的束腰半徑
曼 光束在位置Z處的束腰半徑；丫是一個調(diào)控因子，它調(diào)節(jié)著光束的光強大小，逆時針為正， 順時針為負，角度范圍為0°《丫《90°
[0041] 借由上述方案，本發(fā)明至少具有W下優(yōu)點：
[0042] (1)本發(fā)明龐加萊光束產(chǎn)生裝置的元器件簡單易購，且該些元器件對光強吸收比 較小，對激光強度要求較??；
[0043] (2)通過簡易結構，對高斯光束和拉蓋爾光束進行合成，通過調(diào)第一節(jié)衰減片和第 二衰減片可W得到全龐加萊光束；
[0044] (3)擴束鏡與圓形光闊為連續(xù)可調(diào)式元器件，具有較好的適用性；
[0045] (4)測量裝置利用CCD對光強分布進行拍照，并利用計算機對所拍的照片進行疊 加，可獲得光強分布圖像，其操作簡單、易于調(diào)整。
[0046] 上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段， 并可依照說明書的內(nèi)容予W實施，W下W本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。
【附圖說明】
[0047] 圖1是本發(fā)明光束產(chǎn)生系統(tǒng)的結構示意圖；
[0048] 圖2是本發(fā)明的全龐加萊光束在光源面上的光強等高分布圖；
[0049] 圖3是本發(fā)明的一階拉蓋爾高斯光束在光源面上的光強等高分布圖；
[0050] 圖4是本發(fā)明的高斯光束光束在光源面上的光強等高分布圖；
[0051] 圖5是本發(fā)明的叉形光柵的正視圖
[0052] 圖6是本發(fā)明的叉形光柵的俯視圖
【具體實施方式】
[0053] 下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。W下實施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0054] 參見圖1，在本發(fā)明中，一種產(chǎn)生全龐加萊光束的裝置依次包括激光器1、擴束鏡 2、叉形光柵3、分光棱鏡4、第一圓形光闊5、第一衰減片6、第一平面鏡7、第二圓形光闊8、 半波片9、第二平面鏡10、第二衰減片11、偏振分光棱鏡12。其中第一圓形光闊5和第一衰 減片6 W及第一平面鏡7位于分光棱鏡4的透射光路上，第二圓形光闊8、第二平面鏡10、 第二衰減片11位于分光棱鏡4的反射光路上。其中光源1，用于產(chǎn)生激發(fā)光；擴束鏡2,用 于接收來自光源的光束并且將所接收的光束進行擴束；叉形光柵3,刻蝕在光柵玻璃上，用 于過濾光束得到零級高斯光束W及一級拉蓋爾高斯光束的混合光束；分光棱鏡4,用于接 收來自叉形光柵3的光束，將來自叉形光柵3的光束分為透射混合光束和垂直于透射方向 的反射混合光束；第一圓形光闊5,對分光棱鏡4中的透射混合光束進行過濾，過濾一級拉 蓋爾光束；第一衰減片6,用于接收第一圓形光闊5過濾后的零級高斯光束并調(diào)節(jié)零級高斯 光束的光強峰值；第一平面鏡7,用于垂直反射第一衰減片6的零級高斯光束；半波片9,用 于接收第一平面鏡7反射的零級高斯光束，并調(diào)節(jié)零級高斯光束的偏振方向；第二圓形光 闊8,對分光棱鏡4中的反射混合光束進行過濾，過濾零級高斯光束；第二平面鏡10,用于垂 直反射第二圓形光闊8的一級拉蓋爾光束；第二衰減片11，用于接收第二平面鏡10反射的 一級拉蓋爾光束并調(diào)節(jié)一級拉蓋爾光束的光強峰值；偏振分光棱鏡12,用于接收半波片射 出的零級高斯光束和由第二衰減片11射出一級拉蓋爾光束用，并對接收到的零級高斯光 束和由一級拉蓋爾光束進行合成。
[00巧]叉形光柵所用的玻璃原片需要符合國標；GB4871、GB9963和GB11614。光柵玻璃 所用材料是烙凝石英Si02,其折射率是；1. 45843。光柵表面中間一條脊（圖5中用白線條 表示，從左往有數(shù)第41條）在光柵中屯、處分為兩條脊