一种产生随机电磁高斯谢尔模涡旋光束的方法技术

本发明专利技术公开了一种产生随机电磁高斯谢尔模涡旋光束的方法，采用两束偏振垂直的激光束合成，经过旋转毛玻璃片调控相干性后，再通过高斯振幅滤波片和螺旋相位板产生随机电磁高斯谢尔模涡旋光束。利用本发明专利技术的方法设计的光束产生和测量装置结构简单，通过薄透镜聚焦到旋转毛玻璃片上的光斑大小，可以调控产生随机电磁蜗旋光束的相干性，可调节光束在焦点处的光强从空心分布、平顶分布和高斯分布连续变化，为实际需求提供了更多样的选择。本发明专利技术技术方案简化了相关通过计算机图像编程以及空间光调制器转换产生涡旋光束，降低了产品的成本，提供的随机电磁高斯谢尔模涡旋光束在生物医学、激光加工等方面具有重要的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，是一种用两束偏振垂直的激光束合成，用毛玻璃片调控相干性、用高斯振幅滤波片和螺旋相位板产生随机电磁高斯谢尔模涡旋光束的方法。技术背景近年来，随机电磁光束由于其独特的偏振特性和相干特性，引起了很大的关注，这种光束可用空间频域2X2阶交叉光谱密度矩阵表征。由于光场相干性的影响，随机电磁光束的偏振度在传输过程中会发生变化，随机电磁高斯谢尔模光束作为标量高斯谢尔模光束的扩展，是一种典型的随机电磁光束，其实验产生和相关研究得到广泛关注。随机电磁高斯谢尔模光束在自由光通讯、生物皮肤、激光谐振腔、正负折射率介质、非线性介质、激光惯性约束核聚变、复杂光学系统等领域得到了广泛应用。研究发现随机电磁高斯谢尔模光束的偏振度和相干度会随传输介质的特性不同发生变化，在自由光通讯，医疗以及信息传输处理等方面有潜在应用价值。此外，具有螺旋相位的光束携带引起了人们的广泛关注。这种光束中心有一个奇点，引起光场中心为暗点并携带有轨道角动量，在冷原子、微粒捕获等领域有重要应用。 由于这种光束携带有轨道角动量，可以用作信息编码载体。Swartzlander和其合作者理论和实验研究了螺旋关联奇点和时域关联部分相干润旋光束。近来，随机电磁涡旋光束(也可称为部分相干部分偏振润旋)在自由空间以及瑞流大气中的传输特性研究也受到了关注。而随机电磁涡旋光束的产生装置未见报道。现有技术中产生涡旋光束的方法比较繁琐，如中国技术专利CN 202110378 U 公开了一种采用计算全息和空间光调制器产生螺旋式涡旋光束的装置，其器材、技术要求以及成本相对较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提出一种随机光束相干性控制简单，可实现光束光强连续变化，且实现装置结构简单，可靠，成本低廉的产生随机电磁高斯谢尔模涡旋光束的方法。实现本专利技术目的的技术方案是提供一种产生随机电磁高斯谢尔模润旋光束的方法，包括如下步骤步骤I :第一激光器产生一束偏振的激光光束，经过第一可调衰减片、第一薄透镜后聚焦到第一毛玻璃片上，产生一束具有高斯统计关联的随机光束；调整薄透镜聚焦到毛玻璃片上的光斑大小，控制所产生随机光束的相干性；步骤2 :第二激光器产生一束与第一激光器产生的激光光束垂直的偏振的激光光束， 经过第一可调衰减片、第一薄透镜后聚焦到第一毛玻璃片上，产生另一束具有高斯统计关联的随机光束；调整薄透镜聚焦到毛玻璃片上的光斑大小，控制所产生随机光束的相干步骤3 :将步骤I和2产生的两束相互垂直的偏振光束经过合束镜以及准直透镜、高斯振幅滤波片和涡旋光束产生器产生随机电磁高斯涡旋光束；步骤4 :将产生的随机电磁高斯谢尔模涡旋光束经薄透镜聚焦后，在薄透镜焦点处得到随机电磁高斯谢尔模涡旋光束。所述的第一氦氖激光器和第二氦氖激光器分别经过线偏振器产生两束偏振相互垂直的线偏振光。所述的涡旋光束产生器为螺旋相位板、全息片加载的投射型空间光调制器、全息片加载的反射型空间光调制器、中空波导涡旋产生器或旋转镜面光学振荡器中的一种。本专利技术的有益特点是通过薄透镜聚焦到旋转毛玻璃片上的光斑大小，可以调控产生随机电磁蜗旋光束的相干性，可调节光束在焦点处的光强从空心分布、平顶分布和高斯分布连续变化，为实际需求提供了更多样的选择，光束的光斑大小可以通过高斯振幅滤波片来控制；涡旋光束的拓扑荷数可通过选用不同拓扑荷数的螺旋相位板来调控；本方法大大简化了相关通过计算机图像编程以及空间光调制器转换产生涡旋光束。这种光束特别是在光束操控粒子方面，这种光强分布可控的光束可以用来捕获两种不同的粒子折射率大于I的微粒和在液体中的空心气泡球微粒。此外，平顶的光强分布的光束在材料打孔和烧蚀中引起的孔表面不光滑，平整效应比传统的高斯光束要小的多。因此，随机电磁高斯谢尔模涡旋光束在生物医学、激光加工等方面具有重要的应用前景。附图说明图I是本专利技术实施例提供的一种随机电磁高斯谢尔模涡旋光束的产生及测量装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种随机电磁高斯谢尔模涡旋光束的产生及测量装置产生的随机电磁高斯光束光强以及相干长度测量拟合结果图；图3是本专利技术实施例提供的一种随机电磁高斯谢尔模涡旋光束的产生及测量装置，在相干长度分别为I. 80毫米和O. 76毫米时，测量装置测得在不同偏振度情况下的随机电磁高斯谢尔模涡旋光束在焦点处的光强分布以及理论计结果对照图。图中1、第一氦氖激光器；2、第一可调衰减片；3、第一薄透镜；4、第一毛玻璃片； 5、合束镜；6、第二氦氖激光器；7、第二可调衰减片；8、第二薄透镜；9、第二毛玻璃片；10、准直透镜；11、高斯振幅滤波片；12、涡旋光束产生器；13、薄透镜；14、(XD。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术进一步描述。实施例I参见附图1，它是本实施例提供的一种产生随机电磁高斯谢尔模涡旋光束的装置，第一随机光束发生器、第二随机光束发生器、合束镜5以及高斯涡旋转化器；所述的第一随机光束发生器由第一氦氖激光器I发出的激光束依次经过第一可调衰减片2、第一薄透镜3后聚焦到第一毛玻璃片4上，产生一束具有高斯统计关联的随机光束；所述的第二随机光束发生器由第二氦氖激光器6发出的激光束依次经过第二可调衰减片7、第二薄透镜8后聚焦到第二毛玻璃片9产生另一束具有高斯统计关联的随机光束；所述的第一氦氖激光器I和第二氦氖激光器6发出的两束激光为相互垂直的偏振光束，可以采用经过线偏振器产生两束相互垂直的的线偏振光。由第一随机光束发生器和第二随机光束发生器产生的两束具有高斯统计关联的随机光束经过合束镜5合束为随机电磁光束，再经过高斯涡旋转化器产生随机电磁高斯谢尔模涡旋光；在本实施例中，高斯涡旋转换器由准直透镜10、高斯振幅滤波片11和涡旋光束产生器12产生高斯涡旋光束，本实施例中，涡旋光束产生器12为螺旋相位板，在实际应用中，涡旋光束产生器也可采用全息图加载的投射型或反射型空间光调制器、中空波导涡旋产生器或旋转镜面光学振荡器中的一种，以产生高斯润旋光束。将产生的随机电磁高斯谢尔模涡旋光束通过薄透镜13聚焦，在薄透镜焦点处得到随机电磁高斯谢尔模涡旋光束，在此处可以利用CCD 14对该随机电磁涡旋光束进行测量。本方案中，调节第一薄透镜、第二薄透镜聚焦到第一毛玻璃片和第二毛玻璃片上的光斑大小，控制出射光的相干性。选用不同尺寸的高斯振幅滤波片，可控制涡旋光束的尺寸。本实施例提供的一种产生随机电磁高斯谢尔模润旋光束的方法，其工作原理为 随机电磁涡旋光束在笛卡尔坐标系下的电场的在Z = O源平面表达式为权利要求1.，其特征在于包括如下步骤步骤I :第一激光器(I)产生一束偏振的激光光束，经过第一可调衰减片(2)、第一薄透镜(3)后聚焦到第一毛玻璃片(4)上，产生一束具有高斯统计关联的随机光束；调整薄透镜(3)聚焦到毛玻璃片(4)上的光斑大小，控制所产生随机光束的相干性；步骤2 :第二激光器(6)产生一束与第一激光器(I)产生的激光光束垂直的偏振的激光光束，经过第一可调衰减片(7)、第一薄透镜(8)后聚焦到第一毛玻璃片(9)上，产生另一束具有高斯统计关联的随机光束；调整薄透镜(8)聚焦到毛玻璃片(9)上的光斑大小，控制所产生随机光束的相干性；步骤3 :将步骤I和2产生的两束相互垂直的偏振光束经过合束镜(5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生随机电磁高斯谢尔模涡旋光束的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：第一激光器(1)产生一束偏振的激光光束，经过第一可调衰减片(2)、?第一薄透镜(3)后聚焦到第一毛玻璃片(4)上，产生一束具有高斯统计关联的随机光束；调整薄透镜(3)聚焦到毛玻璃片(4)上的光斑大小，控制所产生随机光束的相干性；步骤2：第二激光器(6)产生一束与第一激光器(1)产生的激光光束垂直的偏振的激光光束，经过第一可调衰减片(7)、?第一薄透镜(8)后聚焦到第一毛玻璃片(9)上，产生另一束具有高斯统计关联的随机光束；调整薄透镜(8)聚焦到毛玻璃片(9)上的光斑大小，控制所产生随机光束的相干性；步骤3：将步骤1和2产生的两束相互垂直的偏振光束经过合束镜(5)以及准直透镜(10)、高斯振幅滤波片(11)和涡旋光束产生器产生随机电磁高斯涡旋光束；?步骤4：将产生的随机电磁高斯谢尔模涡旋光束经薄透镜(13)聚焦后，在薄透镜焦点处得到随机电磁高斯谢尔模涡旋光束。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱时军，王飞，蔡阳健，刘显龙，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：