部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)及測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)及測(cè)量裝置，產(chǎn)生系統(tǒng)依次包括：激光器、第一線偏振片、第一偏振分光鏡、衰減片、第一平面鏡、第二平面鏡、擴(kuò)束鏡、第二偏振分光鏡、第二線偏振片、聚焦透鏡、圓形光闌、旋轉(zhuǎn)毛玻璃片、準(zhǔn)直凸透鏡和高斯濾波片，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。本實(shí)用新型獲得的部分相干多模高斯光束在源平面都是高斯分布型，但是隨著傳輸距離的增加光束形狀會(huì)逐步演化，光強(qiáng)的分布形狀會(huì)從高斯分布演化為平頂分布或者空心分布，對(duì)粒子的捕獲、熱處理等方面有著重要的作用。
【專利說(shuō)明】部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)及測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及應(yīng)用光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)及測(cè)量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]自激光出現(xiàn)，一直被人們利用與改進(jìn)，極大地促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步。高相干性是激光四大基本特性之一，在很多領(lǐng)域人們一直利用這個(gè)特性，但是經(jīng)過(guò)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(比如:大氣光通信、光學(xué)遙感等)比高相干光束更具優(yōu)勢(shì)。在自然界，完全相干光是不存在的，相干長(zhǎng)度都是一個(gè)有限值，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等。
[0003]近來(lái)，具有不同復(fù)相干度的部分相干光束引起了研究者們很大的興趣，特點(diǎn)在于:對(duì)其關(guān)聯(lián)函數(shù)進(jìn)行調(diào)制，而非光源光強(qiáng)分布。其表現(xiàn)在于:其源場(chǎng)光強(qiáng)分布為高斯型，而遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布由關(guān)聯(lián)函數(shù)決定，由于關(guān)聯(lián)特性的不同，出現(xiàn)具有諸如橢圓、空心等特殊形狀光強(qiáng)。之前人們研究的光束是對(duì)源光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制，那么在光束的傳輸?shù)倪^(guò)程中，源平面以及近場(chǎng)光強(qiáng)分布是有調(diào)制函數(shù)來(lái)決定，但是隨著傳輸距離的增加，光束逐漸退變成高斯型。具有不同復(fù)相干度的部分相干光束的關(guān)聯(lián)特性決定其遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布，所以許多人對(duì)具有不同復(fù)相干度的光束進(jìn)行了相關(guān)的研究和報(bào)道，Gori等人討論了標(biāo)量部分相干光束和電磁隨機(jī)光束關(guān)聯(lián)函數(shù)應(yīng)滿足的基本條件；基于這些基本條件，最近人們提出了很多關(guān)于具有不同復(fù)相干度的部分相干光束=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(shuō)自聚焦和強(qiáng)度最大值的橫向漂移；Mei等人介紹了具有不同譜相干度都能在遠(yuǎn)場(chǎng)產(chǎn)生環(huán)狀光斑的部分相干光束；Wang等人研究了捕圓聞斯謝爾|旲、拉蓋爾聞斯謝爾|旲和余弦-聞斯關(guān)聯(lián)的部分相干聞斯光束等等。
[0004]因?yàn)榫哂胁煌瑥?fù)相干度的部分相干光束的關(guān)聯(lián)特性決定其遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布，由于關(guān)聯(lián)特性的不同，從而具有諸如空心、平頂?shù)忍厥庑螤睿@些特殊的關(guān)聯(lián)和光強(qiáng)分布在微粒俘獲、熱處理、信息傳輸?shù)阮I(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。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]有鑒于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)及其測(cè)量裝置，部分相干多模高斯光束主要涉及到傳輸遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)分布為空心分布或平頂分布，其產(chǎn)生的部分相干多模高斯光束在粒子捕獲、熱處理等發(fā)面有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下:
[0007]—種部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)，所述產(chǎn)生系統(tǒng)依次包括:激光器、第一線偏振片、第一偏振分光鏡、衰減片、第一平面鏡、第二平面鏡、擴(kuò)束鏡、第二偏振分光鏡、第二線偏振片、聚焦透鏡、圓形光闌、旋轉(zhuǎn)毛玻璃片、準(zhǔn)直凸透鏡和高斯濾波片，所述衰減片和第一平面鏡位于第一偏振分光鏡的透射光路上，所述第二平面鏡和擴(kuò)束鏡位于第一偏振分光鏡的反射光路上，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。
[0008]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述擴(kuò)束鏡的擴(kuò)大系數(shù)為可連續(xù)性調(diào)節(jié)，且所述擴(kuò)束鏡不對(duì)光強(qiáng)分布進(jìn)行改變。
[0009]相應(yīng)地，一種部分相干多模高斯光束的測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置位于部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)的光路上，所述測(cè)量系統(tǒng)包括:
[0010]分光鏡，用于將產(chǎn)生系統(tǒng)產(chǎn)生的部分相干多模高斯光束進(jìn)行分束，形成透射光路和反射光路，按照1:1分束；
[0011 ] 位于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)量光束的傳輸光強(qiáng)，所述光束分析儀上連接有計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)光束的傳輸光強(qiáng)分布進(jìn)行分析；
[0012]位于反射光路上的第二凸透鏡和CXD相機(jī)，CXD相機(jī)接收光強(qiáng)分布信息，所述CXD相機(jī)上連接有計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)CCD相機(jī)所拍的光強(qiáng)分布圖片進(jìn)行疊加關(guān)聯(lián)處理，得到光束源的關(guān)聯(lián)分布信息。
[0013]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一凸透鏡與高斯濾波片的距離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)之間的距離均為第二凸透鏡焦距的兩倍，即2f2 ;所述第一凸透鏡與光束分析儀之間的距離為0?f\，對(duì)應(yīng)著光束從源場(chǎng)傳輸?shù)綗o(wú)窮遠(yuǎn)。
[0014]本實(shí)用新型部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)及其測(cè)量裝置具有以下有益效果:
[0015]產(chǎn)生系統(tǒng)和測(cè)量裝置器件易購(gòu)置、較廉價(jià)，并且這些器材對(duì)光強(qiáng)吸收比較小，所以對(duì)激光強(qiáng)度要求較小；
[0016]產(chǎn)生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和理論比較簡(jiǎn)單，對(duì)兩束高斯光束進(jìn)行合成，并經(jīng)過(guò)后面的裝置，可實(shí)現(xiàn)多模高斯光束，可通過(guò)對(duì)第二線偏振片調(diào)節(jié)，可在遠(yuǎn)場(chǎng)獲得空心光束和平頂光束；
[0017]擴(kuò)束鏡與圓形光闌為連續(xù)可調(diào)式元器件，具有較好的適用性；
[0018]測(cè)量裝置利用CCD對(duì)光強(qiáng)分布進(jìn)行拍照，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)所拍的照片進(jìn)行疊加，可獲得關(guān)聯(lián)的二維圖像，也可獲得一維圖像，其操作簡(jiǎn)單、易于調(diào)整。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施方式中一種部分相干多模高斯光束產(chǎn)生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施方式中部分相干多模高斯光束(遠(yuǎn)場(chǎng)為空心分布)在光源平面上的光強(qiáng)等高分布圖；
[0022]圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施方式中部分相干多模高斯光束(遠(yuǎn)場(chǎng)為空心分布)在光源平面上的關(guān)聯(lián)函數(shù)模的等高分布圖；
[0023]圖4為本實(shí)用新型一實(shí)施方式中部分相干多模高斯光束(遠(yuǎn)場(chǎng)為平頂分布)在光源平面上的光強(qiáng)等高分布圖；
[0024]圖5為本實(shí)用新型一實(shí)施方式中部分相干多模高斯光束(遠(yuǎn)場(chǎng)為平頂分布)在光源平面上的關(guān)聯(lián)函數(shù)模的等高分布圖；
[0025]圖6為本實(shí)用新型一實(shí)施方式中一種部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)和測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7為本實(shí)用新型一實(shí)施方式中部分相干多模高斯光束(遠(yuǎn)場(chǎng)為空心分布)經(jīng)焦距為Π的透鏡聚焦后，傳輸z = 0.71Π時(shí)的光強(qiáng)等高分布圖；
[0027]圖8為本實(shí)用新型一實(shí)施方式中部分相干多模高斯光束(遠(yuǎn)場(chǎng)為空心分布)經(jīng)焦距為fl的透鏡聚焦后，傳輸z = fl (相當(dāng)于傳輸?shù)綗o(wú)窮遠(yuǎn)處)時(shí)的光強(qiáng)等高分布圖；
[0028]圖9為本實(shí)用新型一實(shí)施方式中部分相干多模高斯光束(遠(yuǎn)場(chǎng)為平頂分布)經(jīng)焦距為fl的透鏡聚焦后，傳輸z = fl (相當(dāng)于傳輸?shù)綗o(wú)窮遠(yuǎn)處)時(shí)的光強(qiáng)等高分布圖。
[0029]圖10為本實(shí)用新型一實(shí)施方式中第二偏振分光鏡出來(lái)的透射光束和反射光束電場(chǎng)的振動(dòng)方向與第二線偏振片透射方向的分布示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本實(shí)用新型中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0031]參圖1所示，在本實(shí)用新型中，一種部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)依次包括激光器1、第一線偏振片2、第一偏振分光鏡3、衰減片4、第一平面鏡5、第二平面鏡6、擴(kuò)束鏡7、第二偏振分光鏡8、第二線偏振片9、聚焦透鏡10、圓形光闌11、旋轉(zhuǎn)毛玻璃片12、準(zhǔn)直凸透鏡13和高斯濾波片14，其中，衰減片4和第一平面鏡5位于第一偏振分光鏡3的透射光路上，第二平面鏡6和擴(kuò)束鏡7位于第一偏振分光鏡3的反射光路上。旋轉(zhuǎn)毛玻璃片12表面包括若干顆粒，顆粒大小遵從高斯統(tǒng)計(jì)分布。
[0032]對(duì)應(yīng)地，該部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生方法具體包括:
[0033]S1、激光器發(fā)出準(zhǔn)直高斯光束,經(jīng)由第一線偏振片后產(chǎn)生線偏振的高斯光束；
[0034]S2、線偏振的高斯光束,通過(guò)第一偏振分光鏡后,產(chǎn)生兩束偏振方向相互垂直且傳輸方向也相互垂直的透射光束和反射光束，透射光束通過(guò)衰減片，再通過(guò)第一平面鏡反射到第二偏振分光鏡上，反射光束通過(guò)第二平面鏡反射，再經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡對(duì)光斑進(jìn)行擴(kuò)大，到達(dá)第二偏振分光鏡上，兩束偏振互相垂直的高斯光束通過(guò)第二偏振分光鏡合成得到合成光束；
[0035]S3、合成光束通過(guò)第二線偏振片，經(jīng)聚焦透鏡匯聚并經(jīng)過(guò)圓形光闌截取理想光束，打在旋轉(zhuǎn)毛玻璃片上；
[0036]S4、通過(guò)旋轉(zhuǎn)毛玻璃片后產(chǎn)生的部分相干光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直凸透鏡準(zhǔn)直，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直后輸出的光束通過(guò)高斯濾波片的整型濾波，即可得到部分相干多模高斯光束。
[0037]在本實(shí)用新型的一【具體實(shí)施方式】中，由激光器I發(fā)出高斯分布型激光光束，激光器I為He-Ne氣體激光器,波長(zhǎng)為632.8nm ;光束經(jīng)過(guò)第一線偏振片2得到線偏振的高斯光束；線偏振的高斯光束經(jīng)過(guò)第一偏振分光鏡3分成兩束偏振方向相互垂直和傳輸方向也相互垂直的透射光束和反射光束；透射光束經(jīng)過(guò)衰減片4進(jìn)行光強(qiáng)減小，再經(jīng)第一平面鏡5反射到第二偏振分光鏡8 ;反射光束經(jīng)第二平面鏡6改變傳輸方向，并通過(guò)擴(kuò)束鏡7來(lái)獲得光斑增大，最后同樣到達(dá)第二偏振分光鏡8 ;透射光束和反射光束經(jīng)第二偏振分光鏡8合成一束光束，通過(guò)旋轉(zhuǎn)第二線偏振片9的偏振角度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)兩束高斯光束進(jìn)行分解合成，可得到由兩束高斯光束合成的空心光束和平頂光束，輸出光束的電場(chǎng)表達(dá)式為:
Zf(W (P) ^ Zfr COS^+Zf1 Sin^
[0038]「歹21y-，
= ^^exp--- cos<9+ exp--r- sin^ ^
L <」L [42(0,,)」
[0039]其中Ex與Ey分別表不到達(dá)第二偏振分光鏡8的兩束透射光束與反射光束的電場(chǎng)，因?yàn)榈竭_(dá)第二偏振分光鏡的兩束光束的偏振方向相互垂直，即Ex與Ey振動(dòng)方向相互垂直，如圖10所示，Etotal的方向即第二線偏振片9的透射方向，Θ即為從Ex轉(zhuǎn)向Etotal的方向，逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)，角度范圍為-180 < Θ彡180° ;當(dāng)Θ =-45°，那么從第二線偏振片9出來(lái)的光束為空心光束，當(dāng)Θ = 116.57°，那么從第二線偏振片9出來(lái)的光束為平頂光束汸是系數(shù)；P = (U)是參考面上的坐標(biāo)矢量；cos(.)、sin(.)分別代表余弦、正弦函數(shù)；eXp (.)代表e指數(shù)函數(shù)；ω α為透射光束的束腰半徑，為反射光束的束腰半徑。
[0040]出射光束經(jīng)由聚焦透鏡10并經(jīng)圓形光闌11截取理想光束，打在旋轉(zhuǎn)毛玻璃片12上，可通過(guò)調(diào)整聚焦透鏡10與旋轉(zhuǎn)毛玻璃片12之間的距離可以調(diào)節(jié)產(chǎn)生光束的相干長(zhǎng)度的大小。旋轉(zhuǎn)毛玻璃片表面顆粒大小遵從高斯統(tǒng)計(jì)分布；從旋轉(zhuǎn)毛玻璃片12透射出來(lái)的光束，經(jīng)準(zhǔn)直凸透鏡13準(zhǔn)直后，由高斯濾波片對(duì)其進(jìn)行光束整形，最后可得部分相干多模高斯光束。其中光路的傳輸函數(shù)可以寫(xiě)成:
[0041]//(r,.s j---yr(r)exp ^-{ξ2-2χξ) exp ^:(η2-2νη)，
[0042]其中，？ = (υ)和? = 分別代表入射光束和出射光束平面上的坐標(biāo)矢量；λ
為激光器輸出光束波長(zhǎng)，f為準(zhǔn)直凸透鏡的焦距，Γ(/.) = α\ρ(-Γ::/4σ.,丨)為高斯濾波片的透射函數(shù)，其中σ ^代表高斯濾波片的透射寬度。
[0043]最后從高斯濾波片出來(lái)的部分相干多模高斯光束，其關(guān)聯(lián)函數(shù)可以分別寫(xiě)成:
[0044]參圖3所示，從第二線偏振片9出來(lái)為空心光束，其關(guān)聯(lián)函數(shù)為:
[0045]

f /—.~~\ 2 nNf (—? \ 2f /—?.~~2
“、I { Κ+Τ2Λ (d) 8 2(,2-,1)(d)
JAr^rA =-^——exp 一~l-^ exp ---^ --exp ——-——^ +2exp --——，
0(2π?δ2 Λ 4σο J2^ 33^2Ρ 義
L V/ VJ VJ _
[0046]參圖5所示，從第二線偏振片9出來(lái)為平頂光束，其關(guān)聯(lián)函數(shù)為:
[0047]
“--、 I ( ΓΓ+Γ,η2 m ,1 ,.2-幻
=eXP —_3eXP+8eXP
L VJ VJ VJ_
[0048]其中，T1 =(XpJ1)及r2 = (x2,_y2)為所產(chǎn)生光束光源面上的任意兩點(diǎn)，％為高斯濾波片透射寬度，δ = λ?./π Coci代表光源處的空間相干長(zhǎng)度。
[0049]產(chǎn)生部分相干多模高斯光束，其具體的操作步驟如下:
[0050]1、從激光器I發(fā)出高斯分布型激光光束，光束經(jīng)過(guò)第一線偏振片2時(shí)，調(diào)節(jié)第一線偏振片2的偏振角，使出射光束成為線偏振的高斯光束；
[0051]2、產(chǎn)生的線偏振高斯光束經(jīng)過(guò)第一偏振分光鏡3后,將產(chǎn)生兩束傳輸方向相互垂直個(gè)偏振方向相互垂直的透射光束和反射光束(偏振分光鏡特點(diǎn):線偏振光束透過(guò)偏振分光鏡，可以產(chǎn)生兩束偏振方向相互垂直的線偏振光束，分別為透射光束和反射光束，通過(guò)調(diào)節(jié)入射光束的傳輸方向，可實(shí)現(xiàn)透射光束和反射光束的方向互相垂直)，其中透射光束經(jīng)過(guò)衰減片4進(jìn)行光強(qiáng)的衰減(衰減片可對(duì)光強(qiáng)大小進(jìn)行控制，具體作用下面會(huì)給出)，并經(jīng)第一平面鏡5反射達(dá)到第二偏振分光鏡8 ;對(duì)于反射光束，先經(jīng)第二平面鏡6反射，再通過(guò)擴(kuò)束鏡7對(duì)其光斑進(jìn)行一個(gè)放大，光斑的大小為透射光斑的2倍，同樣到達(dá)第二偏振分光鏡8,第二偏振分光鏡8可將此兩束光束合成一束光束。
[0052]對(duì)于到達(dá)第二偏振分光鏡8的反射光束和透射光束的強(qiáng)度和大小要求為:
[0053]強(qiáng)度大小要一樣，可以通過(guò)對(duì)衰減片4的調(diào)節(jié)，并利用光功率計(jì)來(lái)測(cè)量光強(qiáng)度的大小，來(lái)獲得強(qiáng)度一樣；
[0054]對(duì)于光斑尺寸要滿足萬(wàn)倍，通過(guò)擴(kuò)束鏡7來(lái)對(duì)反射光束進(jìn)行擴(kuò)束，可利用BPA (光束分析儀)來(lái)測(cè)量光束大小，可實(shí)現(xiàn)透射光束和反射光束的光斑尺寸滿足萬(wàn):1的關(guān)系。
[0055]3、這樣的合成光束經(jīng)過(guò)第二線偏振片9 (可將光束進(jìn)行分解，沿著線偏振片透射的方向，光束可透射過(guò)去，垂直的話，無(wú)透射光束)，通過(guò)調(diào)節(jié)此線偏振片的偏振方向，可獲得空心光束和平頂光束。
[0056]從第一偏振分光鏡3出來(lái)的兩束,可以用Ex和Ey來(lái)描述其電場(chǎng)，因?yàn)槠穹较蚴谴怪钡模碋jJP Ey的振動(dòng)方向是垂直的，令線偏振9的透射方向與正方向構(gòu)成了 Θ的夾角(Θ即為從Ex正方向轉(zhuǎn)向第二線偏振片9透射的方向，逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)，角度范圍為-180 < Θ ( 180° )，如圖10。又滿足到達(dá)第二偏振分光鏡8的兩束光束強(qiáng)度大小一致，即電場(chǎng)強(qiáng)度一致，滿足光斑的大小為力:I的關(guān)系，那么可以將從第二線偏振片9出來(lái)光束電場(chǎng)寫(xiě)為Ettrtal，其大小為:

= A cos^ + ^sin^
[0057]「f21y2。
=A < exp--- cos Θ + exp--^ sin θ >
V %」(▲")
[0058]Etotal的方向即第二線偏振片9的透射方向；當(dāng)Θ =-45°，那么從第二線偏振片9出來(lái)的光束為空心光束，當(dāng)Θ =116.57°，那么從第二線偏振片9出來(lái)的光束為平頂光束；即只要轉(zhuǎn)動(dòng)第二線偏振片9，即可得到空心光束和平頂光束。
[0059]4、得到的目標(biāo)光束經(jīng)聚焦透鏡10匯聚，并經(jīng)圓形光闌11篩選，最后照射到旋轉(zhuǎn)毛玻璃片12上，調(diào)整聚焦透鏡10和旋轉(zhuǎn)毛玻璃片12之間的距離，可以調(diào)節(jié)出射光束的相干長(zhǎng)度的大小。
[0060]5、由旋轉(zhuǎn)毛玻璃片12動(dòng)態(tài)散射后的光束，產(chǎn)生了部分相干多模高斯光束，經(jīng)由準(zhǔn)直凸透鏡13準(zhǔn)直，并通過(guò)高斯濾波片14濾波整型，最后可產(chǎn)生部分相干多模高斯光束。
[0061]參圖6所示，本實(shí)用新型還公開(kāi)了一種部分相干多模高斯光束的光源處關(guān)聯(lián)的測(cè)量以及傳輸過(guò)程中光強(qiáng)測(cè)量的裝置，在實(shí)驗(yàn)上，由于空間的限制，無(wú)法傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)，所以用透鏡對(duì)產(chǎn)生的部分相干多模高斯光束進(jìn)行聚焦，可以認(rèn)為在焦點(diǎn)處相當(dāng)于傳輸?shù)綗o(wú)窮遠(yuǎn)。該測(cè)量裝置是建立在產(chǎn)生系統(tǒng)上的，對(duì)產(chǎn)生裝置中產(chǎn)生的部分相干多模高斯光束進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量裝置位于部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)的光路上，具體包括:
[0062]分光鏡15將產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的部分相干多模高斯光束進(jìn)行分束，形成透射光路和反射光路，按照1:1分束；
[0063]位于透射光路上的第一凸透鏡16和光束分析儀19,光束分析儀測(cè)量光束的傳輸光強(qiáng)，光束分析儀上連接有計(jì)算機(jī)20，計(jì)算機(jī)20對(duì)光束的傳輸光強(qiáng)分布進(jìn)行分析；
[0064]位于反射光路上的第二凸透鏡17和(XD相機(jī)18, (XD相機(jī)18接收光強(qiáng)分布信息，所述CCD相機(jī)18上連接有計(jì)算機(jī)20，計(jì)算機(jī)20對(duì)CCD相機(jī)18所拍的光強(qiáng)分布圖片進(jìn)行疊加關(guān)聯(lián)處理，得到光束源的關(guān)聯(lián)分布信息。
[0065]其中，第一凸透鏡16與高斯濾波片13的距離為第一凸透鏡16的焦距，即;第二凸透鏡17與高斯濾波片13和CCD相機(jī)18之間的距離都為第二凸透鏡17焦距的兩倍，即2f2。第一凸透鏡16與光束分析儀19之間的距離為O?距離，對(duì)應(yīng)著光束從源場(chǎng)傳輸?shù)綗o(wú)窮遠(yuǎn)。
[0066]本實(shí)用新型以產(chǎn)生部分相干多模高斯光束中其傳輸遠(yuǎn)場(chǎng)為空心光束和平頂光束為例，參見(jiàn)附圖2、圖7、圖8、以及圖4、圖9所示，給出多模高斯光束傳輸過(guò)程光強(qiáng)的變化，一個(gè)在遠(yuǎn)場(chǎng)形成空心光束，另外一個(gè)在遠(yuǎn)場(chǎng)形成平頂光束。參見(jiàn)附圖3和圖5，給出了對(duì)應(yīng)的光源的關(guān)聯(lián)函數(shù)分布圖。這為粒子捕獲、熱處理、工業(yè)加工等領(lǐng)域提供了一種產(chǎn)生具有重要實(shí)用價(jià)值的部分相干多模高斯光束。
[0067]由此可見(jiàn)，部分相干多模高斯光束在源平面都是高斯分布型，但是隨著傳輸距離的增加光束形狀會(huì)逐步演化，光強(qiáng)的分布形狀會(huì)從高斯分布演化為平頂分布或者空心分布。這對(duì)粒子的捕獲、熱處理等方面有著重要的作用。
[0068]綜上所述，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0069]產(chǎn)生系統(tǒng)和測(cè)量裝置器件易購(gòu)置、較廉價(jià)，并且這些器材對(duì)光強(qiáng)吸收比較小，所以對(duì)激光強(qiáng)度要求較小；
[0070]產(chǎn)生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和理論比較簡(jiǎn)單，對(duì)兩束高斯光束進(jìn)行合成，并經(jīng)過(guò)后面的裝置，可實(shí)現(xiàn)多模高斯光束，可通過(guò)對(duì)第二線偏振片調(diào)節(jié)，可在遠(yuǎn)場(chǎng)獲得空心光束和平頂光束；
[0071]擴(kuò)束鏡與圓形光闌為連續(xù)可調(diào)式元器件，具有較好的適用性；
[0072]測(cè)量裝置利用CCD對(duì)光強(qiáng)分布進(jìn)行拍照，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)所拍的照片進(jìn)行疊加，可獲得關(guān)聯(lián)的二維圖像，也可獲得一維圖像，其操作簡(jiǎn)單、易于調(diào)整。
[0073]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實(shí)用新型內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0074]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，所述產(chǎn)生系統(tǒng)依次包括:激光器、第一線偏振片、第一偏振分光鏡、衰減片、第一平面鏡、第二平面鏡、擴(kuò)束鏡、第二偏振分光鏡、第二線偏振片、聚焦透鏡、圓形光闌、旋轉(zhuǎn)毛玻璃片、準(zhǔn)直凸透鏡和高斯濾波片，所述衰減片和第一平面鏡位于第一偏振分光鏡的透射光路上，所述第二平面鏡和擴(kuò)束鏡位于第一偏振分光鏡的反射光路上，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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生系統(tǒng)，其特征在于，所述擴(kuò)束鏡的擴(kuò)大系數(shù)為可連續(xù)性調(diào)節(jié)，且所述擴(kuò)束鏡不對(duì)光強(qiáng)分布進(jìn)行改變。
3.一種部分相干多模高斯光束的測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置位于權(quán)利要求1所述的部分相干多模高斯光束的產(chǎn)生系統(tǒng)的光路上，其特征在于，所述測(cè)量系統(tǒng)包括: 分光鏡，用于將產(chǎn)生系統(tǒng)產(chǎn)生的部分相干多模高斯光束進(jìn)行分束，形成透射光路和反射光路，按照1:1分束； 位于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)量光束的傳輸光強(qiáng)，所述光束分析儀上連接有計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)光束的傳輸光強(qiáng)分布進(jìn)行分析； 位于反射光路上的第二凸透鏡和CCD相機(jī)，CCD相機(jī)接收光強(qiáng)分布信息，所述CCD相機(jī)上連接有計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)CCD相機(jī)所拍的光強(qiáng)分布圖片進(jìn)行疊加關(guān)聯(lián)處理，得到光束源的關(guān)聯(lián)分布信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3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的距離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)之間的距離均為第二凸透鏡焦距的兩倍，即2f2 ;所述第一凸透鏡與光束分析儀之間的距離為0?f\，對(duì)應(yīng)著光束從源場(chǎng)傳輸?shù)綗o(wú)窮遠(yuǎn)。
【文檔編號(hào)】G02B27/28GK203930218SQ201420239425
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】梁春豪, 王飛, 劉顯龍, 蔡陽(yáng)健 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)