[实用新型]一种产生各向同性扭曲高斯谢尔模光束的系统

说明书

本实用新型涉及光束的传输与变换领域，公开了一种产生各向同性扭曲高斯谢尔模光束的系统。激光器发出完全相干的高斯光束，由透射式空间调制器、旋转毛玻璃片以及准直透镜调制后经各向异性高斯滤波片整形，从而得到各向异性高斯谢尔模光束，再经三块以特殊位置摆放的柱面透镜变换后得到各向同性扭曲高斯谢尔模光束。本实用新型结构简单紧凑，利用三块柱面透镜产生各向同性的高斯谢尔模光束，降低了实验的操作难度，减少了实验误差。本实用新型提供的光束可应用于自由空间光通信、二次谐波产生以及光学照明等领域，具有广泛的应用前景。

技术领域

本实用新型属于光束的传输与变换领域，具体涉及一种产生各向同性扭曲高斯谢尔模光束的系统。

背景技术

激光是光的受激辐射，它与自发辐射的普通光源不同，具有高相干性、单色性、高亮度和准直性，因此受到了研究者们的青睐。通常认为，激光束的可调控参数包括振幅、偏振态、相位以及频率，这些参数直接影响着激光束的质量和传输特性。众所周知，激光所表现出来的方向性与其相干性有很大的关系，普遍认为激光的相干性越高其方向性越好。然而，众多研究结果表明，通过调控光束的相干性，可以得到部分相干光束，这种部分相干的光束可有效减小光束的散斑效应，并且也能产生较好的光强分布。因此，激光的相干性越来越受关注，成为激光研究中另一个可调控参数。

完全相干光在实际工作中很难实现，人们一般采取适当降低激光相干性的方式来调控激光的性能。我们把这种相干性介于完全相干与完全非相干之间的光称为部分相干光。高斯谢尔模光束是一种典型的标量部分相干光束，其光强与相干度均满足传统的高斯分布。实践表明，部分相干光束在某些领域展现出其独特的优势与应用价值。

部分相干光束可以携带扭曲位相，而完全相干光束不具备该性质。高斯谢尔模光束携带扭曲位相的称为扭曲高斯谢尔模光束，该光束由Simon和Mukunda在1993年提出。由于扭曲位相的固有手性特征，该光束在传播过程中会发生旋转。研究表明，扭曲高斯谢尔模光束在自由空间光通信、二次谐波产生、光学照明等方面具有很大的应用。

对于扭曲高斯谢尔模光束的产生，1993年Simon利用魏格纳分布函数以及方差矩阵推导出了扭曲高斯谢尔模光束的理论产生矩阵。之后，Friberg在此基础上提出了一种扭曲高斯谢尔模光束的实验产生方法，并做了相关实验。Friberg利用各向异性高斯谢尔模光束作为入射光束，经过六个特殊位置摆放的柱透镜所组成的光学系统产生各向同性的扭曲高斯谢尔模光束。在各向异性高斯谢尔模光束的实验产生方面，Friberg利用有限数目的椭圆高斯光束进行加权叠加，但是该方法并不能产生严格意义上的各向异性高斯谢尔模光束，从而导致实验结果不够精确，而且实验图像也不能完全重合。据了解，继Friberg的实验之后，扭曲高斯谢尔模光束的实验产生方法一直处于空缺状态。另外，虽然研究激光传输的方法有很多，比如：衍射积分法、魏格纳分布法等，但这些方法都已经比较成熟了，且计算形式较为复杂，不利于光束变换的直接观察与研究。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种误差小、结构简单、制造成本低的各向同性扭曲高斯谢尔模光束的产生系统。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种产生各向同性扭曲高斯谢尔模光束的系统，包括：

激光器、扩束镜、空间光调制器、圆形光阑、第一凸透镜、旋转毛玻璃片、第二凸透镜、各向异性高斯滤波片、第一柱面透镜、第二柱面透镜以及第三柱面透镜；

由激光器发出完全相干的高斯光束，经扩束镜扩束后打到空间光调制器上，再经圆形光阑选取出满足各向异性高斯分布的一级衍射光斑，再经过部分相干高斯光束调整器调整后，借助各向异性高斯滤波片对光束强度分布进行整形处理，得到各向异性高斯谢尔模光束，所述部分相干高斯光束调整器包括第一凸透镜、旋转毛玻璃片以及第二凸透镜，通过改变所述第一凸透镜和所述旋转毛玻璃片之间的距离，调整所述各向异性高斯谢尔模光束的相干性；所述各向异性高斯谢尔模光束再经过三块连续地且以特殊角度放置的柱面透镜变换后，得到各向同性扭曲高斯谢尔模光束。