余弦-高斯关联光束的产生系统、产生方法及其测量装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种余弦-高斯关联光束的产生系统、产生方法及其测量装置，余弦-高斯关联光束为余弦-高斯关联的部分相干高斯光束，所述产生系统依次包括激光器、偏振片、扩束镜、液晶空间光调制器、圆形光阑、聚焦凸透镜、旋转毛玻璃片、准直凸透镜、和高斯滤波片，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。本发明结构紧凑，可操控性能好，适用范围广，所产生的余弦-高斯关联的部分相干光束源在信息传输、工业加工等领域具有广泛的应用前景。
【专利说明】余弦-高斯关联光束的产生系统、产生方法及其测量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及应用光学【技术领域】，特别是涉及一种余弦-高斯关联的部分相干高斯光束的产生系统、产生方法及其测量装置。
【背景技术】
[0002]自1960年第一台红宝石激光器制成以来，经过了半个多世纪的发展，激光技术已广泛的应用于国防科技、生物医学、工业制造等国民生产生活的各个领域，极大的促进了社会的发展和进步。一直以来激光所具有的高相干性为人们所推崇，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(大气光通信、光学遥感等)比完全相干光束更具优势。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、贝塞尔关联光源、多高斯谢尔模光源、贝塞尔-高斯谢尔模光源、拉盖尔-高斯谢尔模光源以及一些不能够用解析表达式来表述的光源形式。
[0003]最近，具有不同复相干度(或空间和时间域的谱相干度)的部分相干光束由于其关联特性及远场光斑的特殊分布引起了广泛的关注。实际上，部分相干光束的关联函数受到正定条件的严格限制。在2007年，Gori等人讨论了标量部分相干光束关联函数应满足的基本条件；2009年，Gori等人讨论了电磁随机光束关联函数交叉谱密度矩阵应满足的基本条件。基于这些论述，最近人们提出了很多关于具有不同复相干度(或谱密度)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；Sahin等人介绍了一类部分相干光束，其谱相干度由多高斯分布调制，同时发现其源场分布具有高斯形状；Mei等人介绍了两类具有不同谱相干度并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和拉盖尔高斯谢尔模关联的部分相干高斯光束。以上提到的这些研究结果绝大部分都是从理论上进行分析讨论，实验研究甚少。
[0004]综上所述，具有不同复相干度的部分相干光束的关联特性具有各种不同的形状分布，同时其源场光强分布为高斯型，而远场光强分布由于关联特性的不同具有诸如椭圆、空心等特殊形状，这些特殊的关联和光强分布在微粒俘获、生物医学、信息传输、工业加工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】
[0005]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种余弦-高斯关联的产生系统、产生方法及其测量装置，所产生的余弦-高斯关联的部分相干光束源在信息传输、工业加工等领域具有广泛的应用前景。
[0006]为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下:
[0007]—种余弦-高斯关联光束的产生系统，所述余弦-高斯关联光束为余弦-高斯关联的部分相干高斯光束，所述产生系统依次包括激光器、偏振片、扩束镜、液晶空间光调制器、圆形光阑、聚焦凸透镜、旋转毛玻璃片、准直凸透镜、和高斯滤波片，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；所述激光器发出准直高斯光束，经由线偏振片后产生线偏振的高斯光束；线偏振的高斯光束经过扩束镜扩束后，垂直入射在液晶空间光调制器上，经过位相调制后以透射方式输出，并经过圆形光阑筛选出合适的出射光斑；筛选过的出射光斑被聚焦凸透镜汇聚于旋转毛玻璃片上；通过旋转毛玻璃片后产生的部分相干光经过准直透镜准直，经过准直后输出的光束通过高斯滤波片的整型滤波，产生余弦-高斯关联的部分相干高斯光束。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述余弦-高斯关联的部分相干高斯光束的关联函数为:
【权利要求】
1.一种余弦-高斯关联光束的产生系统，其特征在于，所述余弦-高斯关联光束为余弦-高斯关联的部分相干高斯光束，所述产生系统依次包括激光器、偏振片、扩束镜、液晶空间光调制器、圆形光阑、聚焦凸透镜、旋转毛玻璃片、准直凸透镜、和高斯滤波片，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；所述激光器发出准直高斯光束，经由线偏振片后产生线偏振的高斯光束；线偏振的高斯光束经过扩束镜扩束后，垂直入射在液晶空间光调制器上，经过位相调制后以透射方式输出，并经过圆形光阑筛选出合适的出射光斑；筛选过的出射光斑被聚焦凸透镜汇聚于旋转毛玻璃片上；通过旋转毛玻璃片后产生的部分相干光经过准直透镜准直，经过准直后输出的光束通过高斯滤波片的整型滤波，产生余弦-高斯关联的部分相干高斯光束。
2.根据权利要求1所述的产生系统，其特征在于，所述余弦-高斯关联的部分相干高斯光束的关联函数为:
3.根据权利要求1所述的产生系统，其特征在于，所述激光器为功率连续可调式半导体泵浦固体激光器，激光器功率范围ο-l.8W。
4.根据权利要求1所述的产生系统，其特征在于，所述液晶空间光调制器上连接有用于生成计算全息位相信息图的第一计算机，所述液晶空间光调制器加载计算全息位相信息图对光束进行位相调制。
5.一种余弦-高斯关联光束的产生方法，其特征在于，所述产生方法包括以下步骤: 51、激光器发出准直高斯光束，经由线偏振片后产生线偏振的高斯光束； 52、线偏振的高斯光束经过扩束镜扩束后，垂直入射在液晶空间光调制器上，经过位相调制后以透射方式输出，并经过圆形光阑筛选出合适的出射光斑； 53、筛选过的出射光斑被聚焦凸透镜汇聚于旋转毛玻璃片上； 54、通过旋转毛玻璃片后产生的部分相干光经过准直透镜准直，经过准直后输出的光束通过高斯滤波片的整型滤波，产生余弦-高斯关联的部分相干高斯光束。
6.根据权利要求5所述的产生方法，其特征在于，所述步骤S3还包括: 通过改变会聚焦凸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。
7.根据权利要求5所述的产生方法，其特征在于，所述余弦-高斯关联的部分相干高斯光束的关联函数为: J0(I^r2) = Qexp +12 exp —卜1 J)
8.根据权利要求5所述的产生方法，其特征在于，所述余弦-高斯关联的部分相干高斯光束的光路传输函数为:
9.一种余弦-高斯关联光束的测量装置，所述测量装置位于权利要求1所述的余弦-高斯关联光束的产生系统的光路上，其特征在于，所述测量系统包括: 第一分光镜，所述第一分光镜将产生系统产生的余弦-高斯关联的部分相干高斯光束进行分束，形成第一透射光路和第一反射光路； 位于第一透射光路上的第一凸透镜和光束分析仪，所述光束分析仪测量光束的远场光强，所述光束分析仪上连接有第二计算机，第二计算机对光束的远场光强分布进行分析； 位于第一反射光路上的第二凸透镜和第二分光镜，所述第二分光镜将经过第二凸透镜的反射光束再次进行分束，形成第二透射光路和第二反射光路，第二透射光路和第二反射光路上分别设有CCD相机，CCD相机接收光强分布信息，所述CCD相机上连接有第三计算机，第三计算机对光强分布信息进行关联处理，得到光束源的关联分布信息。
10.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述第一凸透镜与高斯滤波片及光束分析仪之间的距离都为第一凸透镜的焦距，即;所述第二凸透镜与高斯滤波片和CCD相机之间的距离都为第二凸透镜焦距的两倍，即2f2。
【文档编号】G02B27/09GK103592768SQ201310613635
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】刘显龙, 王飞, 吴高锋, 蔡阳健 申请人:苏州大学