产生拉盖尔高斯关联的部分相干高斯光束的系统和方法.pdf

本发明公开了一种产生拉盖尔-高斯关联的部分相干高斯光束的系统，该系统沿着光线方向依次放置扩束器、空间光调制器、缩束镜、毛玻璃片、透镜和高斯滤波片。计算全息图加载到空间光调制器上形成计算全息光栅，产生仅有角向模数的拉盖尔-高斯光束；缩束镜用来控制入射到旋转毛玻璃片上的拉盖尔-高斯光束光斑大小，以调整出射光束的相干性；毛玻璃是使拉盖尔-高斯光束变为拉盖尔-高斯关联的部分相干光束。透镜对部分相干光束准直，高斯滤波片把该光束光强分布转变成高斯分布。由于计算机全息图的灵活性，可以通过产生不同的全息图来产生不同阶数仅有角向模数的拉盖尔-高斯光束，从而产生不同阶数的拉盖尔-高斯关联的部分相干高斯光束。

权利要求书一种产生拉盖尔‑高斯关联的部分相干高斯光束的系统，其特征在于，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。
根据权利要求1所述的产生拉盖尔‑高斯关联的部分相干高斯光束的系统，其特征在于，所述光源为氦氖激光器。
根据权利要求1所述的产生拉盖尔‑高斯关联部分相干高斯光束的系统，其特征在于，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。
一种产生拉盖尔‑高斯关联的部分相干高斯光束的方法，其特征在于，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。
根据权利要求4所述的产生拉盖尔‑高斯关联的部分相干高斯光束的方法，其特征在于，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。
根据权利要求5所述的产生拉盖尔‑高斯关联的部分相干高斯光束的方法，其特征在于，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。
根据权利要求4所述的产生拉盖尔‑高斯关联的部分相干高斯光束的方法，其特征在于，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。

说明书产生拉盖尔‑高斯关联的部分相干高斯光束的系统和方法
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。
与现有技术相比，本发明沿着光源的光线方向依次放置光源扩束器、由计算机控制的空间光调制器、缩束镜、旋转毛玻璃片、透镜和高斯滤波片。将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，从而产生仅有角向模数的拉盖尔‑高斯光束。缩束镜调节拉盖尔‑高斯光束的光斑大小，旋转毛玻璃是使拉盖尔‑高斯光束变为拉盖尔‑高斯关联的部分相干光束。紧接着由透镜对部分相干拉盖尔‑高斯光束准直，由高斯滤波片对光束整型，使光束为高斯型光斑，产生拉盖尔‑高斯关联的部分相干高斯光束。由于计算机全息图的灵活性，所以可以通过产生不同的全息图来产生不同阶数仅有角向模数的拉盖尔‑高斯光束，从而产生不同阶数的拉盖尔‑高斯关联的部分相干高斯光束。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明具体实施例中系统的结构示意图；
图2是理论计算的一阶拉盖尔‑高斯关联图；
图3是理论计算的高阶（四阶）拉盖尔‑高斯关联图。
具体实施方式
本发明实施例是把计算全息光栅图加载到空间光调制器产生仅有角向模数的拉盖尔‑高斯光束，然后用缩束镜调节拉盖尔‑高斯光束的光斑大小，最后通过旋转毛玻璃片和高斯滤波片得到拉盖尔‑高斯关联的部分相干高斯光束。该方法不仅实验条件简单、而且容易操控，是一种比较好的方法。
沿着光源的光线方向依次放置光源扩束器、由计算机控制的空间光调制器、缩束镜、旋转毛玻璃片、透镜和高斯滤波片。将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，从而产生仅有角向模数的拉盖尔‑高斯光束。缩束镜调节拉盖尔‑高斯光束光斑大小，旋转毛玻璃是使拉盖尔‑高斯光束变为拉盖尔‑高斯关联的部分相干光束。紧接着由透镜对拉盖尔‑高斯关联的部分相干光束准直，由高斯滤波片对光束整型，使光束为高斯型光斑，产生拉盖尔‑高斯关联的部分相干高斯光束。
本实施例的技术方案是：
实验中所采用的是He‑Ne激光束，可以认为是准单色光，相干性是很高的，经过空间光调制器和缩束器后，到达旋转毛玻璃面上(被毛玻璃散射前)的光强分布表示为：