[发明专利]产生拉盖尔-高斯关联的部分相干高斯光束的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用计算全息、旋转毛玻璃产生部分相干的技术产生拉盖尔-高斯关联的部分相干高斯光束的系统和方法。

背景技术

自1960年美国物理学家西奥多·梅曼发明激光以来，激光以其高强度、高单色性、高相干性等优点，在激光通讯、激光测距、航空测绘等各个领域内得到广泛的应用。

在实际的应用中，发现相干性高的或者说是完全相干激光在某些应用方面存在一定的局限性，例如一束高相干性激光随机介质中传输时，受到介质的影响非常强，使光束在传输很短的距离就发生畸变，光强闪烁和漂移很大，光束质量迅速下降，这就要求在实际应用中，选择具有适当的相干性激光束更加有助于解决实际问题。部分相干光的研究可以追述到19世纪60年代，当时还没有激光，主要研究的是有限光源的相干性，在光场中不同两点P₁和P₂处振动之间存在的关联引进某种量度，当两点关联很高时，就说是相干的，当两点没有关联时，就说是不相干的，处于两者之间的是部分相干的。

目前，研究最广泛的部分相干光束的模型是Schell在其博士论文中用高斯关联来描述的部分相干光，也就是高斯-谢尔模光束，科学家们在实验室里可以产生高斯-谢尔模光束，随后具有不同关联形式的部分相干激光在理论上相继提出，如第一类贝塞尔关联光源，第二类贝塞尔关联光源，非均匀高斯-谢尔光源，LED光源，多高斯-谢尔光源和拉盖尔-高斯关联或贝塞尔高斯关联光源，目前在实验上主要可以产生的是高斯-谢尔光源和第一类贝塞尔关联光源，其他关联的部分相干光还只是理论上的模型，实验产生的方法未有报道。

在综上所述的研究中，发现可以在实验上产生的具有一定关联的部分相干光很有限，通常就是高斯-谢尔光源和第一类贝塞尔关联光源，这也限制了在某些情况下的应用，高斯-谢尔光源在远场的光强分布是高斯型的，第一类贝塞尔关联光源在一定的局域处光强分布是空心的，最近的理论研究中发现，在适当的关联条件下，远场光强分布是平顶的，或者远场光强分布是空心的。远场光强分布是空心的光束在原子光学、二元光学、微粒捕获和医学等领域都具有重要的应用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种产生拉盖尔-高斯关联的部分相干高斯光束的系统和方法，该方法可以通过产生不同的全息图来产生不同阶数的拉盖尔-高斯关联的部分相干高斯光束。

为了实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种产生拉盖尔-高斯关联的部分相干高斯光束的系统，包括：

光源；

扩束器，对来自所述光源的光束进行扩束；

空间光调制器，将扩束后的光束转化成仅有角向模数的拉盖尔-高斯光束；

缩束镜和可旋转的毛玻璃，仅有角向模数的拉盖尔-高斯光束的光斑大小经缩束镜调节后，入射到毛玻璃上，经过毛玻璃的散射，使完全相干拉盖尔高-斯光束转化为拉盖尔-高斯关联的部分相干光束；

透镜，对拉盖尔-高斯关联的部分相干光束进行准直；

高斯滤波片，将准直后的拉盖尔-高斯关联的部分相干光束整型为高斯型光斑，产生拉盖尔-高斯关联的部分相干高斯光束。

作为本发明的进一步改进，所述光源为氦氖激光器。

作为本发明的进一步改进，还包括计算机，所述计算机生成的计算全息图加载到所述空间光调制器上形成计算全息光栅，以产生仅有角向模数的拉盖尔-高斯光束。

本发明还公开了一种产生拉盖尔-高斯关联的部分相干高斯光束的方法，包括：

s1、对来自光源的光束进行扩束；

s2、将扩束后的光束转化成仅有角向模数的拉盖尔-高斯光束；

s3、将仅有角向模数的拉盖尔-高斯光束的光斑大小进行缩束调整，然后将其转化为拉盖尔-高斯关联的部分相干光束；

s4、对拉盖尔-高斯关联的部分相干光束进行准直；

s5、将准直后的拉盖尔-高斯关联的部分相干光束整型为高斯型光斑，产生拉盖尔-高斯关联的部分相干高斯光束。

作为本发明的进一步改进，所述的步骤s2中，将扩束后的光束通过空间光调制器转化成仅有角向模数的拉盖尔-高斯光束。

作为本发明的进一步改进，计算机生成的计算全息图加载到所述空间光调制器上形成计算全息光栅，以产生仅有角向模数的拉盖尔-高斯光束。

作为本发明的进一步改进，所述的步骤s3中，将仅有角向模数的拉盖尔-高斯光束的光斑大小进行缩束调整，然后通过毛玻璃的散射将其转化为拉盖尔-高斯关联的部分相干光束。