[发明专利]一种测量部分相干高斯光束波前相位半径的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量部分相干高斯光束波前相位半径的方法，是一种将线偏振激光束用毛玻璃片调控相干性、用高斯振幅滤波片滤波，用光束分析仪测量光场分布以及用关联器系统测量光场相干宽度得到波前相位半径的方法。

背景技术

近年来，部分相干光束由于其在惯性约束核聚变、光学成像、光学工程、材料热处理、非线性光学、光散射、光通讯、远距离遥感、激光雷达、激光扫描以及激光捕获等领域拥有广泛应用前景，引起了很大的关注。高斯谢尔模光束[E. Wolf and E. Collett, “Partially coherent sources which produce same far-field intensity distribution as a laser,” Opt. Commun. 25, 293-296 (1978)]作为典型的部分相干光束，它的光场分布和光场相干度均为高斯分布。传统一般用Wigner分布函数处理高斯谢尔模光束的传输问题；林和蔡[Q. Lin and Y. Cai, “Tensor ABCD law for partially coherent twisted anisotropic Gaussian-Schell model beams,” Opt. Lett. 27, 216-218 (2002)]提出用张量方法来处理高斯谢尔模光束的旁轴传输问题。

部分相干光束的二阶关联特性可用交叉谱密度函数表征。对于各向同性、没有扭曲相位的部分相干高斯谢尔模光束，交叉谱密度可用可由光束束腰宽、横向相干宽度和波前曲率半径三个参数决定。部分相干高斯谢尔模光束在自由光通讯、生物医疗、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。研究发现部分相干高斯谢尔模光束相干度和光谱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。

实验测量部分相干光束的束腰宽和相干宽度都有报道，但作为部分相干高斯谢尔模光束的另外一个重要的光束参量波前相位半径，其测量方法及装置却一直未见报道，目前用的比较多的一种方法是哈特曼波前传感器(SHWS)测量，但这种方法依赖于复杂、昂贵的测量器材，测量费用高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种测量条件简单，结果可靠，成本低廉的部分相干高斯光束波前相位半径的测量方法。

实现本发明目的的技术方案是提供一种测量部分相干高斯光束波前相位半径的方法，待测的部分相干高斯光束具有高斯关联特性,测量方法包括如下步骤：将待测光束经薄透镜聚焦后产生球面波前相位，采用关联器系统测量得到光束的初始横向相干宽度                                                ，采用光束分析仪分别测量得到光束的初始横向束腰宽度和出射面上的横向束腰宽度，按式

得到光束的波前曲率半径R；

其中， k为波数，A、B、C和D为象散光学系统传输矩阵； R₀为初始波前曲率半径，按式

 得到， 其中，。

本发明采用关联器系统测量光束的横向相干宽度，在光束待测面后依次放置成像透镜、分束镜和关联器系统，采用2f成像方法进行关联探测，将两路的关联值进行高斯拟合，得到光束的横向相干宽度，f为成像透镜的焦距。

本发明所提供的测量方法可利用下述测量部分相干高斯光束波前相位半径的装置，该装置包括：

激光器产生一束随机偏振光束，经过线偏器得到一束线偏振激光束，再依次经过一个反射镜和薄透镜后聚焦到聚焦面上，产生一束具有高斯统计关联的部分相干线性偏振光束；

将所述的部分相干线性偏振光束经过准直透镜和高斯振幅滤波片后，得到一束准直具有高斯关联的部分相干高斯光束，它的波前曲率半径近似为无穷大；

再经过一个聚焦透镜聚集后，具有球面波前相位，球面波前相位半径即为本发明的测量对象；用光束分析仪连接计算机在光路的不同点对产生的部分相干高斯光束光场进行测量，将测量结果进行高斯拟合，得到光束横向的束腰宽度；