余弦-高斯關(guān)聯(lián)光束的產(chǎn)生系統(tǒng)、產(chǎn)生方法及其測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種余弦-高斯關(guān)聯(lián)光束的產(chǎn)生系統(tǒng)、產(chǎn)生方法及其測(cè)量裝置，余弦-高斯關(guān)聯(lián)光束為余弦-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束，所述產(chǎn)生系統(tǒng)依次包括激光器、偏振片、擴(kuò)束鏡、液晶空間光調(diào)制器、圓形光闌、聚焦凸透鏡、旋轉(zhuǎn)毛玻璃片、準(zhǔn)直凸透鏡、和高斯濾波片，所述旋轉(zhuǎn)毛玻璃片表面包括若干顆粒，顆粒大小遵從高斯統(tǒng)計(jì)分布。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，可操控性能好，適用范圍廣，所產(chǎn)生的余弦-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束源在信息傳輸、工業(yè)加工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】余弦-高斯關(guān)聯(lián)光束的產(chǎn)生系統(tǒng)、產(chǎn)生方法及其測(cè)量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及應(yīng)用光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種余弦-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)、產(chǎn)生方法及其測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]自1960年第一臺(tái)紅寶石激光器制成以來，經(jīng)過了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，激光技術(shù)已廣泛的應(yīng)用于國(guó)防科技、生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)制造等國(guó)民生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，極大的促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步。一直以來激光所具有的高相干性為人們所推崇，但是經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)踐應(yīng)用研究表明，低相干性的光束在某些應(yīng)用領(lǐng)域(大氣光通信、光學(xué)遙感等)比完全相干光束更具優(yōu)勢(shì)。人們把相干長(zhǎng)度介于零到無(wú)窮大之間的這一類光束就稱為部分相干光束。部分相干光束的基本理論模型一般為高斯-謝爾模型，常用的光束源包括高斯謝爾模光源、貝塞爾關(guān)聯(lián)光源、多高斯謝爾模光源、貝塞爾-高斯謝爾模光源、拉蓋爾-高斯謝爾模光源以及一些不能夠用解析表達(dá)式來表述的光源形式。
[0003]最近，具有不同復(fù)相干度(或空間和時(shí)間域的譜相干度)的部分相干光束由于其關(guān)聯(lián)特性及遠(yuǎn)場(chǎng)光斑的特殊分布引起了廣泛的關(guān)注。實(shí)際上，部分相干光束的關(guān)聯(lián)函數(shù)受到正定條件的嚴(yán)格限制。在2007年，Gori等人討論了標(biāo)量部分相干光束關(guān)聯(lián)函數(shù)應(yīng)滿足的基本條件；2009年，Gori等人討論了電磁隨機(jī)光束關(guān)聯(lián)函數(shù)交叉譜密度矩陣應(yīng)滿足的基本條件?；谶@些論述，最近人們提出了很多關(guān)于具有不同復(fù)相干度(或譜密度)的部分相干光束=Lajunen等人介紹了一類具有非均勻關(guān)聯(lián)分布的部分相干光束或部分相干脈沖，并表明這樣的光束顯示出一些特別的傳輸特性，比如說自聚焦和強(qiáng)度最大值的橫向漂移；Sahin等人介紹了一類部分相干光束，其譜相干度由多高斯分布調(diào)制，同時(shí)發(fā)現(xiàn)其源場(chǎng)分布具有高斯形狀；Mei等人介紹了兩類具有不同譜相干度并能在遠(yuǎn)場(chǎng)產(chǎn)生環(huán)狀光斑的部分相干光束；Wang等人研究了橢圓高斯謝爾模和拉蓋爾高斯謝爾模關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束。以上提到的這些研究結(jié)果絕大部分都是從理論上進(jìn)行分析討論，實(shí)驗(yàn)研究甚少。
[0004]綜上所述，具有不同復(fù)相干度的部分相干光束的關(guān)聯(lián)特性具有各種不同的形狀分布，同時(shí)其源場(chǎng)光強(qiáng)分布為高斯型，而遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布由于關(guān)聯(lián)特性的不同具有諸如橢圓、空心等特殊形狀，這些特殊的關(guān)聯(lián)和光強(qiáng)分布在微粒俘獲、生物醫(yī)學(xué)、信息傳輸、工業(yè)加工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。因此，對(duì)部分相干光束的研究，特別是具有不同復(fù)相干度的部分相干光束的實(shí)驗(yàn)研究具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際價(jià)值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種余弦-高斯關(guān)聯(lián)的產(chǎn)生系統(tǒng)、產(chǎn)生方法及其測(cè)量裝置，所產(chǎn)生的余弦-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光束源在信息傳輸、工業(yè)加工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下:
[0007]—種余弦-高斯關(guān)聯(lián)光束的產(chǎn)生系統(tǒng)，所述余弦-高斯關(guān)聯(lián)光束為余弦-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束，所述產(chǎn)生系統(tǒng)依次包括激光器、偏振片、擴(kuò)束鏡、液晶空間光調(diào)制器、圓形光闌、聚焦凸透鏡、旋轉(zhuǎn)毛玻璃片、準(zhǔn)直凸透鏡、和高斯濾波片，所述旋轉(zhuǎn)毛玻璃片表面包括若干顆粒，顆粒大小遵從高斯統(tǒng)計(jì)分布；所述激光器發(fā)出準(zhǔn)直高斯光束，經(jīng)由線偏振片后產(chǎn)生線偏振的高斯光束；線偏振的高斯光束經(jīng)過擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后，垂直入射在液晶空間光調(diào)制器上，經(jīng)過位相調(diào)制后以透射方式輸出，并經(jīng)過圓形光闌篩選出合適的出射光斑；篩選過的出射光斑被聚焦凸透鏡匯聚于旋轉(zhuǎn)毛玻璃片上；通過旋轉(zhuǎn)毛玻璃片后產(chǎn)生的部分相干光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直，經(jīng)過準(zhǔn)直后輸出的光束通過高斯濾波片的整型濾波，產(chǎn)生余弦-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述余弦-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束的關(guān)聯(lián)函數(shù)為:
【權(quán)利要求】
1.一種余弦-高斯關(guān)聯(lián)光束的產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，所述余弦-高斯關(guān)聯(lián)光束為余弦-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束，所述產(chǎn)生系統(tǒng)依次包括激光器、偏振片、擴(kuò)束鏡、液晶空間光調(diào)制器、圓形光闌、聚焦凸透鏡、旋轉(zhuǎn)毛玻璃片、準(zhǔn)直凸透鏡、和高斯濾波片，所述旋轉(zhuǎn)毛玻璃片表面包括若干顆粒，顆粒大小遵從高斯統(tǒng)計(jì)分布；所述激光器發(fā)出準(zhǔn)直高斯光束，經(jīng)由線偏振片后產(chǎn)生線偏振的高斯光束；線偏振的高斯光束經(jīng)過擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后，垂直入射在液晶空間光調(diào)制器上，經(jīng)過位相調(diào)制后以透射方式輸出，并經(jīng)過圓形光闌篩選出合適的出射光斑；篩選過的出射光斑被聚焦凸透鏡匯聚于旋轉(zhuǎn)毛玻璃片上；通過旋轉(zhuǎn)毛玻璃片后產(chǎn)生的部分相干光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直，經(jīng)過準(zhǔn)直后輸出的光束通過高斯濾波片的整型濾波，產(chǎn)生余弦-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，所述余弦-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束的關(guān)聯(lián)函數(shù)為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器為功率連續(xù)可調(diào)式半導(dǎo)體泵浦固體激光器，激光器功率范圍ο-l.8W。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，所述液晶空間光調(diào)制器上連接有用于生成計(jì)算全息位相信息圖的第一計(jì)算機(jī)，所述液晶空間光調(diào)制器加載計(jì)算全息位相信息圖對(duì)光束進(jìn)行位相調(diào)制。
5.一種余弦-高斯關(guān)聯(lián)光束的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述產(chǎn)生方法包括以下步驟: 51、激光器發(fā)出準(zhǔn)直高斯光束，經(jīng)由線偏振片后產(chǎn)生線偏振的高斯光束； 52、線偏振的高斯光束經(jīng)過擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后，垂直入射在液晶空間光調(diào)制器上，經(jīng)過位相調(diào)制后以透射方式輸出，并經(jīng)過圓形光闌篩選出合適的出射光斑； 53、篩選過的出射光斑被聚焦凸透鏡匯聚于旋轉(zhuǎn)毛玻璃片上； 54、通過旋轉(zhuǎn)毛玻璃片后產(chǎn)生的部分相干光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直，經(jīng)過準(zhǔn)直后輸出的光束通過高斯濾波片的整型濾波，產(chǎn)生余弦-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述步驟S3還包括: 通過改變會(huì)聚焦凸透鏡與旋轉(zhuǎn)毛玻璃片之間的距離，調(diào)節(jié)所產(chǎn)生光束的相干長(zhǎng)度的大小。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述余弦-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束的關(guān)聯(lián)函數(shù)為: J0(I^r2) = Qexp +12 exp —卜1 J)
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的產(chǎn)生方法，其特征在于，所述余弦-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束的光路傳輸函數(shù)為:
9.一種余弦-高斯關(guān)聯(lián)光束的測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置位于權(quán)利要求1所述的余弦-高斯關(guān)聯(lián)光束的產(chǎn)生系統(tǒng)的光路上，其特征在于，所述測(cè)量系統(tǒng)包括: 第一分光鏡，所述第一分光鏡將產(chǎn)生系統(tǒng)產(chǎn)生的余弦-高斯關(guān)聯(lián)的部分相干高斯光束進(jìn)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鏡和光束分析儀，所述光束分析儀測(cè)量光束的遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)，所述光束分析儀上連接有第二計(jì)算機(jī)，第二計(jì)算機(jī)對(duì)光束的遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布進(jìn)行分析； 位于第一反射光路上的第二凸透鏡和第二分光鏡，所述第二分光鏡將經(jīng)過第二凸透鏡的反射光束再次進(jìn)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別設(shè)有CCD相機(jī)，CCD相機(jī)接收光強(qiáng)分布信息，所述CCD相機(jī)上連接有第三計(jì)算機(jī)，第三計(jì)算機(jī)對(duì)光強(qiáng)分布信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，得到光束源的關(guān)聯(lián)分布信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一凸透鏡與高斯濾波片及光束分析儀之間的距離都為第一凸透鏡的焦距，即;所述第二凸透鏡與高斯濾波片和CCD相機(jī)之間的距離都為第二凸透鏡焦距的兩倍，即2f2。
【文檔編號(hào)】G02B27/09GK103592768SQ201310613635
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】劉顯龍, 王飛, 吳高鋒, 蔡陽(yáng)健 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)