[发明专利]部分相干多模高斯光束的产生系统、产生方法及测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及应用光学技术领域，特别是涉及一种部分相干多模高斯光束的产生系统、产生方法及测量装置。

背景技术

自激光出现，一直被人们利用与改进，极大地促进了社会的发展和进步。高相干性是激光四大基本特性之一，在很多领域人们一直利用这个特性，但是经过长期的实践应用研究表明，低相干性的光束在某些应用领域(比如：大气光通信、光学遥感等)比高相干光束更具优势。在自然界，完全相干光是不存在的，相干长度都是一个有限值，人们把相干长度介于零到无穷大之间的这一类光束就称为部分相干光束。部分相干光束的基本理论模型一般为高斯-谢尔模型，常用的光束源包括高斯谢尔模光源等。

近来，具有不同复相干度的部分相干光束引起了研究者们很大的兴趣，特点在于：对其关联函数进行调制，而非光源光强分布。其表现在于：其源场光强分布为高斯型，而远场光强分布由关联函数决定，由于关联特性的不同，出现具有诸如椭圆、空心等特殊形状光强。之前人们研究的光束是对源光强进行调制，那么在光束的传输的过程中，源平面以及近场光强分布是有调制函数来决定，但是随着传输距离的增加，光束逐渐退变成高斯型。具有不同复相干度的部分相干光束的关联特性决定其远场光强分布，所以许多人对具有不同复相干度的光束进行了相关的研究和报道，Gori等人讨论了标量部分相干光束和电磁随机光束关联函数应满足的基本条件；基于这些基本条件，最近人们提出了很多关于具有不同复相干度的部分相干光束：Lajunen等人介绍了一类具有非均匀关联分布的部分相干光束或部分相干脉冲，并表明这样的光束显示出一些特别的传输特性，比如说自聚焦和强度最大值的横向漂移；Mei等人介绍了具有不同谱相干度都能在远场产生环状光斑的部分相干光束；Wang等人研究了椭圆高斯谢尔模、拉盖尔高斯谢尔模和余弦-高斯关联的部分相干高斯光束等等。

因为具有不同复相干度的部分相干光束的关联特性决定其远场光强分布，由于关联特性的不同，从而具有诸如空心、平顶等特殊形状，这些特殊的关联和光强分布在微粒俘获、热处理、信息传输等领域具有广泛的应用。因此，对部分相干光束的研究，特别是具有不同复相干度的部分相干光束的实验研究具有重要的科学意义和实际价值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种部分相干多模高斯光束的产生系统、产生方法及其测量装置，部分相干多模高斯光束主要涉及到传输远场光强分布为空心分布或平顶分布，其产生的部分相干多模高斯光束在粒子捕获、热处理等发面有着广泛的应用前景。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种部分相干多模高斯光束的产生系统，所述产生系统依次包括：激光器、第一线偏振片、第一偏振分光镜、衰减片、第一平面镜、第二平面镜、扩束镜、第二偏振分光镜、第二线偏振片、聚焦透镜、圆形光阑、旋转毛玻璃片、准直凸透镜和高斯滤波片，所述衰减片和第一平面镜位于第一偏振分光镜的透射光路上，所述第二平面镜和扩束镜位于第一偏振分光镜的反射光路上，所述旋转毛玻璃片表面包括若干颗粒，颗粒大小遵从高斯统计分布。

作为本发明的进一步改进，所述扩束镜的扩大系数为可连续性调节，且所述扩束镜不对光强分布进行改变。

相应地，一种部分相干多模高斯光束的产生方法，所述方法包括：

S1、激光器发出准直高斯光束，经由第一线偏振片后产生线偏振的高斯光束；

S2、线偏振的高斯光束，通过第一偏振分光镜后，产生两束偏振方向相互垂直且传输方向也相互垂直的透射光束和反射光束，透射光束通过衰减片，再通过第一平面镜反射到第二偏振分光镜上，反射光束通过第二平面镜反射，再经过扩束镜对光斑进行扩大，到达第二偏振分光镜上，两束偏振互相垂直的高斯光束通过第二偏振分光镜合成得到合成光束；

S3、合成光束通过第二线偏振片，经聚焦透镜汇聚并经过圆形光阑截取理想光束，打在旋转毛玻璃片上；

S4、通过旋转毛玻璃片后产生的部分相干光经过准直凸透镜准直，经过准直后输出的光束通过高斯滤波片的整型滤波，即可得到部分相干多模高斯光束。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3还包括：

通过改变会聚焦透镜与旋转毛玻璃片之间的距离，调节所产生光束的相干长度的大小。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2还包括：

通过对衰减片的调节，使反射光束和透射光束的光强度大小相等；