[发明专利]一种产生随机电磁高斯谢尔模涡旋光束的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种产生随机电磁高斯谢尔模涡旋光束的方法，是一种用两束偏振垂直的激光束合成，用毛玻璃片调控相干性、用高斯振幅滤波片和螺旋相位板产生随机电磁高斯谢尔模涡旋光束的方法。 

技术背景

近年来，随机电磁光束由于其独特的偏振特性和相干特性，引起了很大的关注，这种光束可用空间频域2×2阶交叉光谱密度矩阵表征。由于光场相干性的影响，随机电磁光束的偏振度在传输过程中会发生变化，随机电磁高斯谢尔模光束作为标量高斯谢尔模光束的扩展，是一种典型的随机电磁光束，其实验产生和相关研究得到广泛关注。随机电磁高斯谢尔模光束在自由光通讯、生物皮肤、激光谐振腔、正负折射率介质、非线性介质、激光惯性约束核聚变、复杂光学系统等领域得到了广泛应用。研究发现随机电磁高斯谢尔模光束的偏振度和相干度会随传输介质的特性不同发生变化，在自由光通讯，医疗以及信息传输处理等方面有潜在应用价值。 

此外，具有螺旋相位的光束携带引起了人们的广泛关注。这种光束中心有一个奇点，引起光场中心为暗点并携带有轨道角动量，在冷原子、微粒捕获等领域有重要应用。由于这种光束携带有轨道角动量，可以用作信息编码载体。Swartzlander和其合作者理论和实验研究了螺旋关联奇点和时域关联部分相干涡旋光束[G. A. Swartzlander, Jr. and J. Schmit, “Temporal Correlation Vortices and Topological Dispersion,” Phys. Rev. Lett. 93, 093901 (2004)]。近来，随机电磁涡旋光束（也可称为：部分相干部分偏振涡旋）在自由空间以及湍流大气中的传输特性研究[G. Gbur and R. K. Tyson, “Vortex beam propagation through atmospheric turbulence and topological charge conservation,” J. Opt. Soc. Am. A 25, 225-230 (2008)]也受到了关注。而随机电磁涡旋光束的产生装置未见报道。 

现有技术中产生涡旋光束的方法比较繁琐，如中国实用新型专利CN 202110378 U公开了一种采用计算全息和空间光调制器产生螺旋式涡旋光束的装置，其器材、技术要求以及成本相对较高。  

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提出一种随机光束相干性控制简单，可实现光束光强连续变化，且实现装置结构简单，可靠，成本低廉的产生随机电磁高斯谢尔模涡旋光束的方法。 

实现本发明目的的技术方案是提供一种产生随机电磁高斯谢尔模涡旋光束的方法，包括如下步骤： 

步骤1：第一激光器产生一束偏振的激光光束，经过第一可调衰减片、 第一薄透镜后聚焦到第一毛玻璃片上，产生一束具有高斯统计关联的随机光束；调整薄透镜聚焦到毛玻璃片上的光斑大小，控制所产生随机光束的相干性；

步骤2：第二激光器产生一束与第一激光器产生的激光光束垂直的偏振的激光光束，经过第一可调衰减片、 第一薄透镜后聚焦到第一毛玻璃片上，产生另一束具有高斯统计关联的随机光束；调整薄透镜聚焦到毛玻璃片上的光斑大小，控制所产生随机光束的相干性；

步骤3：将步骤1和2产生的两束相互垂直的偏振光束经过合束镜以及准直透镜、高斯振幅滤波片和涡旋光束产生器产生随机电磁高斯涡旋光束； 

步骤4：将产生的随机电磁高斯谢尔模涡旋光束经薄透镜聚焦后，在薄透镜焦点处得到随机电磁高斯谢尔模涡旋光束。

所述的第一氦氖激光器和第二氦氖激光器分别经过线偏振器产生两束偏振相互垂直的线偏振光。 

所述的涡旋光束产生器为螺旋相位板、全息片加载的投射型空间光调制器、全息片加载的反射型空间光调制器、中空波导涡旋产生器或旋转镜面光学振荡器中的一种。