自分裂光束的产生装置及其产生方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自分裂光束的产生装置及其产生方法，产生装置沿光路方向依次包括：光源；空间光调制器，对激光束进行相位调制后以透射的方式输出具有特定光强分布的光束；旋转的散射体，激光束经过旋转的散射体后产生具有特定光强分布的非相干光；薄透镜，获得相干结构函数形式为非相干光光强傅里叶变换函数的部分相干光束；高斯滤波片，将部分相干光束的光强分布调制成高斯光强分布，产生具有特殊空间关联函数的部分相干光束，即自分裂光束。本发明专利技术利用光场空间关联结构调控技术产生自分裂光束，通过本发明专利技术可以简单方便在实验室产生自分裂光束，为自分裂光束在原子操控等领域的应用奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
自分裂光束的产生装置及其产生方法
本专利技术涉及激光
，特别是涉及一种自分裂光束的产生装置及其产生方法。
技术介绍
自第一台激光器专利技术以来，光场的相干理论得到了人们的广泛研究，其中光束的相干性是光场相干理论最重要的研究内容，光束的相干性包括两方面，即时间相干性和空间相干性。前者与光束的单色性密切相关，后者与光束的方向性密切相关。光束的空间相干性赋予了光束的一个新的自由度，为光场的谱密度分布、偏振结构、相干结构的调控提供了新的思路。部分相干光的空间相干结构可以通过光束的关联函数来表征。在过去的几十年里，研究人员从理论和实验上研究的最为广泛和深入的部分相干光是关联函数为高斯分布的光束，即：高斯谢尔模光束，研究发现，该光束在自由空间光通信、粒子俘获、原子冷却、光学成像、二次谐波产生、以及光学散射等领域具有广泛的应用前景。最近，一种具有特殊空间关联结构的部分相干光束引起了研究人员的广泛关注。2007年，意大利的Gori以及Santarsiero给出了构建标量部分相干光束的空间关联函数的充分条件。2009年，他们又提出了构建随机电磁光束的空间关联函数的充分条件。基于他们开拓性的工作，一系列具有特殊空间关联函数结构的部分相干光束的模型被提出来了，比如，2011年Lajunen等人提出了非均匀关联光束的模型；2012年Sahin等人提出了多高斯关联光束的模型；2013年梅掌荣等人提出了拉盖尔高斯关联光束以及贝塞尔高斯关联光束的模型；之后梅掌荣又提出了Cosine-高斯关联光束的模型；2014年陈亚红等人提出了特殊偏振关联光束的模型等。研究表明，这类具有特殊空间关联结构的部分相干光束在传输过程中展现出奇特的现象，比如，在远场处或焦平面上产生平顶分布，空心分布，或者阵列分布等特殊分布的光强；光强自聚焦现象；光强峰值漂移；焦点附近产生三维光学笼子等等。由于这些奇特的传输特性，具有特殊空间关联函数结构的部分相干光束将应用到自由空间光通信以及光学粒子俘获等领域。基于以上的研究基础，我们发现通过构建特定的光场空间关联函数，可以改变光束的传输特性，这为产生特定光场结构提供了新的思路。在另一方面，光束的自分裂特性得到人们的持续关注。光束的自分裂特性能够激励出很多新奇的现象，在许多领域具有潜在的应用前景，比如，原子操控；粒子俘获；高能超辐射发光二极管设计领域等。到目前为止，有一系列关于光束自分裂的理论和实验被报道了，1996年Tikhonenko等人提出在饱和非线性介质中实现光束自分裂现象，1997年Torres等人就提出了通过二维波导实现光束的自分裂，1998年Snryanto等人提出了在非Kerr媒介中实现光束自分裂现象。然而，以上实现光束自分裂现象的方法都是借助于特殊媒介或者分束器来实现的，并不是对光场的直接调控。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种直接对光场进行调控自分裂光束的产生装置及其产生方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对上述问题，提出了一种直接对光场进行调控自分裂光束的产生装置及其产生方法。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供的技术方案如下：一种自分裂光束的产生装置，所述产生装置沿光路方向依次包括：光源，产生一定波长的激光束；空间光调制器，对激光束进行相位调制后以透射的方式输出具有特定光强分布的光束；旋转的散射体，旋转的散射体表面包括若干微小颗粒，颗粒大小分布遵从高斯统计分布，激光束经过旋转的散射体后产生具有特定光强分布的非相干光；薄透镜，薄透镜起到傅里叶变换的作用，获得相干结构函数形式为非相干光光强傅里叶变换函数的部分相干光束；高斯滤波片，高斯滤波片紧贴着薄透镜设置，用于将部分相干光束的光强分布调制成高斯光强分布，产生具有特殊空间关联函数的部分相干光束，即自分裂光束。作为本专利技术的进一步改进，所述空间光调制器与个人电脑相连，所述个人电脑用于生成计算全息光栅图并加载到空间光调制器上，以产生具有特定光强分布的光束。作为本专利技术的进一步改进，所述空间光调制器输出光束的光强分布为：其中v＝(vx,vy)是空间光调制器输出面上的坐标矢量；exp[·]表示e指数函数；m，n为自然数，代表光束的阶数；ω0x和ω0y表示沿着x方向和y方向的光束宽度。作为本专利技术的进一步改进，所述光源到高斯滤波片的光路传递函数为：其中，v＝(vx,vy)和r＝(x,y)分别代表入射面以及出射面上的坐标矢量；为高斯滤波片振幅函数，σ0为光斑有效宽度，f为薄透镜的焦距，薄透镜和旋转的散射体之间的距离也为f。作为本专利技术的进一步改进，所述自分裂光束的互强度函数为：其中G0是与光强有关的常数，r1≡(x1,y1)和r2≡(x2,y2)是部分相干光源处两任意位置矢量，γ(r2-r1)为光束的关联函数，表示为：δ0x＝λf/πω0x，δ0y＝λf/πω0y表示光束沿着x和y方向的相干长度；Hα为阶数为α的厄米多项式。相应地、一种自分裂光束的产生方法，所述产生方法包括：S1、光源获得一定波长的激光束；S2、激光束照射在空间光调制器上，经过相位调制后以透射的方式输出具有特定光强分布的光束；S3、经空间光调制器调制后的光束照射在旋转的散射体上，产生具有特定光强分布的非相干光；S4、将非相干光照射到薄透镜上，薄透镜起到傅里叶变换的作用，获得相干结构函数形式为非相干光光强傅里叶变换函数的部分相干光束；S5、将经过薄透镜的部分相干光束通过高斯滤波片，高斯滤波片紧贴着薄透镜设置，高斯滤波片将部分相干光束的光强分布调制成高斯光强分布，产生具有特殊空间关联函数的部分相干光束，即自分裂光束。作为本专利技术的进一步改进，所述空间光调制器输出光束的光强分布为：其中v＝(vx,vy)是空间光调制器输出面上的坐标矢量；exp[·]表示e指数函数；m，n为自然数，代表光束的阶数；ω0x和ω0y表示沿着x方向和y方向的光束宽度。作为本专利技术的进一步改进，所述光源到高斯滤波片的光路传递函数为：其中，v＝(vx,vy)和r＝(x,y)分别代表入射面以及出射面上的坐标矢量；为高斯滤波片振幅函数，σ0为光斑有效宽度，f为薄透镜的焦距，薄透镜和旋转的散射体之间的距离也为f。作为本专利技术的进一步改进，所述自分裂光束的互强度函数为：其中G0是与光强有关的常数，r1≡(x1,y1)和r2≡(x2,y2)是部分相干光源处两任意位置矢量，γ(r2-r1)为光束的关联函数，表示为：δ0x＝λf/πω0x，δ0y＝λf/πω0y表示光束沿着x和y方向的相干长度；Hα为阶数为α的厄米多项式。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术利用光场空间关联结构调控技术产生自分裂光束，通过本专利技术可以简单方便在实验室产生自分裂光束，为自分裂光束在原子操控等领域的应用奠定基础。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术中记载的一些实施例，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所示为本专利技术调制光场空间关联结构的光学系统示例图；图2所示为本专利技术一具体实施方式中自分裂光束产生装置的结构示意图；图3所示为本专利技术一具体实施方式中产生的自分裂光束在光源平面上的关联函数模平方的等高分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自分裂光束的产生装置，其特征在于，所述产生装置沿光路方向依次包括：光源，产生一定波长的激光束；空间光调制器，对激光束进行相位调制后以透射的方式输出具有特定光强分布的光束；旋转的散射体，旋转的散射体表面包括若干微小颗粒，颗粒大小分布遵从高斯统计分布，激光束经过旋转的散射体后产生具有特定光强分布的非相干光；薄透镜，薄透镜起到傅里叶变换的作用，获得相干结构函数形式为非相干光光强傅里叶变换函数的部分相干光束；高斯滤波片，高斯滤波片紧贴着薄透镜设置，用于将部分相干光束的光强分布调制成高斯光强分布，产生具有特殊空间关联函数的部分相干光束，即自分裂光束。

【技术特征摘要】
1.一种自分裂光束的产生装置，其特征在于，所述产生装置沿光路方向依次包括：光源，产生一定波长的激光束；空间光调制器，对激光束进行相位调制后以透射的方式输出具有特定光强分布的光束；旋转的散射体，旋转的散射体表面包括若干微小颗粒，颗粒大小分布遵从高斯统计分布，激光束经过旋转的散射体后产生具有特定光强分布的非相干光；薄透镜，薄透镜起到傅里叶变换的作用，获得相干结构函数形式为非相干光光强傅里叶变换函数的部分相干光束；高斯滤波片，高斯滤波片紧贴着薄透镜设置，用于将部分相干光束的光强分布调制成高斯光强分布，产生具有特殊空间关联函数的部分相干光束，即自分裂光束；所述空间光调制器与个人电脑相连，所述个人电脑用于生成计算全息光栅图并加载到空间光调制器上，以产生具有特定光强分布的光束；所述空间光调制器输出光束的光强分布为：其中v＝(vx，vy)是空间光调制器输出面上的坐标矢量；exp[·]表示e指数函数；m，n为自然数，代表光束的阶数；ω0x和ω0y表示沿着x方向和y方向的光束宽度。2.根据权利要求1所述的产生装置，其特征在于，所述光源到高斯滤波片的光路传递函数为：其中，v＝(vx，vy)和r＝(x,y)分别代表入射面以及出射面上的坐标矢量；为高斯滤波片振幅函数，σ0为光斑有效宽度，f为薄透镜的焦距，薄透镜和旋转的散射体之间的距离也为f。3.根据权利要求2所述的产生装置，其特征在于，所述自分裂光束的互强度函数为：其中G0是与光强有关的常数，r1≡(x1,y1)和r2≡(x2,y2)是部分相干光源处两任意位置矢量，γ(r2-r1)为光束的关联函数，表示为：δ0x＝λf/πω0x，δ0y＝λf/πω0y表示光束沿着x和y方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亚红，王飞，蔡阳健，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32