本发明专利技术涉及一种产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的方法及激光器，包括全反射镜1、工作物质2、激励源10、布儒斯特窗3、线偏振片4、半波片5、偏振分光镜6和15、扩束镜7和11、薄透镜8、12和16、振幅衰减片13、镀膜反射镜9和14、耦合输出镜17。将4f光学系统安置在法布里‑珀罗腔里，构成简并腔，直接输出部分相干光束；通过镀膜反射镜控制光强衰减区域的大小，改变输出光束的相干性大小；通过调节扩束镜来调节镀膜反射镜上光斑大小，控制反射模数，调节相干性；利用改进的马赫‑曾德尔干涉仪产生不一样的矢量光束；将镀膜反射镜放置在4f光学系统的频谱面处，对频谱面进行不同的调制，获得不同特殊空间关联结构分布的输出光束。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光领域，尤其涉及一种产生多种矢量特殊空间关联结构低相干光束的方法及激光器，得到的光束在光学捕获、材料热处理、高质量无散斑成像、自由光通讯等方面有着重要的作用。
技术介绍
自激光出现以来，其被广泛的应用于军事、民用和科学研究等领域。激光器出来的光束被认为完全相干光束，但是严格意义上来说应该称之为高相干性光束，这也是激光四大特性之一，但是现实应用中，发现高相干性光束会给某些应用带来负面影响，因为相干性越高，在传输过程中越容易引起干涉，从而造成散斑，这对于高质量成像、激光涂敷等应用造成巨大的阻碍，所以部分相干(低相干)光束的研究成为了热门研究之一。部分相干光束经典代表是高斯谢尔模光束，其光强和空间关联结构分布(相干度分布)都为高斯型。近年来，具有特殊空间关联结构部分相干光束引起了研究者的巨大兴趣，因为这些光束有着许多独特的性质，比如：非均匀关联部分相干光束在传输过程中具有自聚焦特性；拉盖尔高斯关联部分相干光束经聚焦后在焦点附近产生三维囚笼；厄米高斯关联部分相干光束在传输过程中出现自分裂性质；圆对称余弦高斯部分相干光束在远场形成圆环面包圈光强分布；矩形对称余弦高斯部分相干光束在远场形成4个子光束阵列分布；广义多模高斯关联部分相干光束在远场既可以形成圆环面包圈分布，也可以形成圆对称平顶分布。这些光束的产生以及研究得益于Gori等人在理论上构建对特殊空间关联结构部分相干光束真实产生的充分条件。经蔡阳健、王飞、梅掌荣、Olga等众人对其在实验以及理论上产生以及研究，其结果可预言：这些特殊光束在粒子捕获、大气通讯、激光涂敷、信息加载解密、高质量成像等方面具有完全相干光束以及传统部分相干光束(高斯谢尔模光束)所无法替代的作用。长期以来，对于部分相干光束，众多研究者们都是利用标量场方法对其进行研究，但是这将忽略光束的偏振特性，从而会丢失很多有用的信息以及应用，比如现在对于有些实际应用的光通讯，就是利用光束的偏振特性，对其某个偏振方向定义为1，在垂直方向上定义为0，从而可以将信息利用二进制加载在光束的偏振特性上，在接收端对光束偏振进行探测，从而可以解码。除此之外，经学者广泛的研究表明：矢量部分相干光束在自由光通讯、高分辨成像、数据加密、光学照明等应用具有重要的价值。对于特殊空间关联结构部分相干光束实验产生，目前基本局限于腔外，激光器出来的基模光束通过一些光学元器件，比如空间光调制器、毛玻璃、薄透镜等元器件，即可产生想要的特殊空间关联结构部分相干光束。但是空间光调制器较高的成本价格、低阈值功率以及低效率，毛玻璃的机械抖动的不稳定性，势必对其高功率等实际应用造成阻碍，比如军事方面。有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种产生多种矢量特殊空间关联结构低相干光束的方法及激光器，使其更具有产业上的利用价值。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的方法及激光器，直接输出来的光束即为矢量特殊空间关联结构部分相干光束，所产生的矢量特殊空间关联结构部分相干光束在粒子捕获、激光涂敷、自由光通讯，信息加载解密、高质量成像等方面有着广泛的应用前景。本专利技术的产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的方法，包括步骤：S1、利用相平行的全反射镜和耦合输出镜，以及三薄透镜构成简并腔；S2、在简并腔内以氙灯作为激励源，使Nd：YAG中的粒子在吸收能量后实现粒子数反转，当超过其阈值后，为实现光束受激放大做好准备；S3、将受激放大的光束经历布儒斯特窗，得部分偏振光束，再经过线偏振片，得到纯线偏振光束，之后经过半波片，通过旋转半波片来旋转线偏振光束的偏振方向；S4、从半波片出来的光束，经过第一偏振分光镜分成透射光束和反射光束，将透射光束经扩束镜、薄透镜、镀膜反射镜到达第二偏振分光镜；将反射光束经扩束镜、薄透镜、振幅衰减片、镀膜反射镜到达第二偏振分光镜，两路光束经第二偏振分光镜矢量合成，输出矢量部分相干光束输出，最后穿过薄透镜与耦合输出镜，输出矢量特殊空间关联结构部分相干光束。本专利技术的产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的激光器，包括-构成法布里-珀罗腔的相平行的全反射镜(1)和耦合输出镜(17)，所述法布里-珀罗腔里设有将其变成简并腔的三薄透镜(8、12、16)；-设置在全反射镜(1)和耦合输出镜(17)之间的偏振光束产生组件，所述偏振光束产生组件包括光源、布儒斯特窗(3)和线偏振片(4)；-将偏振光束分成偏振方向相互垂直的两束线偏振光束、并将两束线偏振光束偏振合成矢量光束经耦合输出镜输出的改进的马赫-曾德尔干涉仪，所述改进的马赫-曾德尔干涉仪包括第一偏振分光镜(6)、两所述薄透镜(8、12)、分别位于透射光路和反射光路上的两镀膜反射镜(9、14)、以及将两镀膜反射镜反射的光束偏振合成的第二偏振分光镜(15)，其中两薄透镜(8、12)分别位于第一偏振分光镜透射光路和反射光路上；-所述薄透镜(16)设置在第二偏振分光镜(15)与耦合输出镜(17)之间，其中薄透镜(8、16)构成第一偏振分光镜透射光路上的4f成像系统，薄透镜(12、16)构成第一偏振分光镜反射光路上的4f成像系统。进一步的，两所述镀膜反射镜(9、14)到位于所述第二偏振分光镜(15)合成光路上的薄透镜(16)的距离等于薄透镜(16)到所述耦合输出镜(17)的距离，并等于薄透镜(16)的焦距。进一步的，两所述镀膜反射镜(9、14)放置在两4f光学系统的频谱面处。进一步的，所述第一偏振分光镜(6)与其透射光路上的薄透镜(8)之间及与其反射光路上的薄透镜(12)之间均设有扩束镜(7、11)。进一步的，所述改进的马赫-曾德尔干涉仪还包括设置在第一偏振分光镜(6)反射光路上的薄透镜(12)与镀膜反射镜(14)之间的振幅衰减片(13)。进一步的，所述线偏振片(4)与第一偏振分光镜(6)之间设有半波片(5)。进一步的，所述光源包括使工作物质中的粒子在吸收能量后实现粒子数反转的激励源。进一步的，所述激励源为氙灯。进一步的，所述工作物质为Nd：YAG。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：1、可直接输出矢量特殊空间关联结构部分相干光束，不需腔外繁琐调制，运输携带方便，对于其应用提供了很大的便捷；2、将4f光学系统安置在由两个平行的全反射镜和耦合输出镜所构成的法布里-珀罗腔，即构成简并腔，所有的模式都是本征模，即此光学腔可支持多模，从而直接输出部分相干光束，可利用镀膜反射镜上的镀膜对光强衰减区域的大小(起到光阑左右)来控制模数，从而改变输出光束的相干性大小，模数越多，输出光束的相干性越低，除此之外，可以通过调节扩束镜来调节镀膜反射镜上光斑大小，以来实现反射模数的控制，同样可实现相干性的调节；3、利用改进的马赫-曾德尔干涉仪将光束分成两束，然后相干叠加，来便捷的产生矢量光束，可通过对扩束镜与振幅衰减片的控制，来获得不同的相干叠加的效果，可输出不一样的矢量光束；4、将镀膜反射镜放置在4f光学系统的频谱面处，可以在平面镜上镀不同振幅性衰减膜，基于Van Cittert Zernike原理，可对频谱面进行不同的调制，可以获得不同特殊空间关联结构分布的输出光束；5、现有技术中，腔外产生矢量特殊空间关联结构部分相干光束，器件较杂多，调制较繁琐，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的方法，其特征在于，包括步骤：S1、利用相平行的全反射镜和耦合输出镜，以及三薄透镜构成简并腔；S2、在简并腔内以氙灯作为激励源，使Nd：YAG中的粒子在吸收能量后实现粒子数反转，当超过其阈值后，为实现光束受激放大做好准备；S3、将受激放大的光束经历布儒斯特窗，得部分偏振光束，再经过线偏振片，得到纯线偏振光束，之后经过半波片，通过旋转半波片来旋转线偏振光束的偏振方向；S4、从半波片出来的光束，经过第一偏振分光镜分成透射光束和反射光束，将透射光束经扩束镜、薄透镜、镀膜反射镜到达第二偏振分光镜；将反射光束经扩束镜、薄透镜、振幅衰减片、镀膜反射镜到达第二偏振分光镜，两路光束经第二偏振分光镜矢量合成，输出矢量部分相干光束输出，最后穿过薄透镜与耦合输出镜，输出矢量特殊空间关联结构部分相干光束。
【技术特征摘要】
1.一种产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的方法，其特征在于，包括步骤：S1、利用相平行的全反射镜和耦合输出镜，以及三薄透镜构成简并腔；S2、在简并腔内以氙灯作为激励源，使Nd：YAG中的粒子在吸收能量后实现粒子数反转，当超过其阈值后，为实现光束受激放大做好准备；S3、将受激放大的光束经历布儒斯特窗，得部分偏振光束，再经过线偏振片，得到纯线偏振光束，之后经过半波片，通过旋转半波片来旋转线偏振光束的偏振方向；S4、从半波片出来的光束，经过第一偏振分光镜分成透射光束和反射光束，将透射光束经扩束镜、薄透镜、镀膜反射镜到达第二偏振分光镜；将反射光束经扩束镜、薄透镜、振幅衰减片、镀膜反射镜到达第二偏振分光镜，两路光束经第二偏振分光镜矢量合成，输出矢量部分相干光束输出，最后穿过薄透镜与耦合输出镜，输出矢量特殊空间关联结构部分相干光束。2.一种产生如权利要求1所述的矢量特殊空间关联结构低相干光束的激光器，其特征在于：包括-构成法布里-珀罗腔的相平行的全反射镜(1)和耦合输出镜(17)，所述法布里-珀罗腔里设有将其变成简并腔的三薄透镜(8、12、16)；-设置在全反射镜(1)和耦合输出镜(17)之间的偏振光束产生组件，所述偏振光束产生组件包括光源、布儒斯特窗(3)和线偏振片(4)；-将偏振光束分成偏振方向相互垂直的两束线偏振光束、并将两束线偏振光束偏振合成矢量光束经耦合输出镜输出的改进的马赫-曾德尔干涉仪，所述改进的马赫-曾德尔干涉仪包括第一偏振分光镜(6)、两所述薄透镜(8、12)、分别位于透射光路和反射光路上的两镀膜反射镜(9、14)、以及将两镀膜反射镜反射的光束偏振合成的第二偏振分光镜(15)，其中两薄透镜(8、12)分别位于第一偏振分光镜透射光路和反射光路上；-所述薄透镜(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁春豪，刘琳，蔡阳健，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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