[发明专利]一种产生普适非均匀关联光束的装置

说明书

本公开提供了一种产生普适非均匀关联光束的装置，包括依次布设的激光器、扩束镜、数字微镜器件、第一透镜、滤波片、第二透镜、朗奇光栅和电荷耦合元件，所述扩束镜对所述激光器发出的激光光束进行扩束的扩束系统，扩束后的光斑大小需要覆盖后续的计算全息图，所述数字微镜器件加载变化的全息图，使后续得到的光强为不同模式连续变化的光束；第一透镜、滤波片和第二透镜形成4f系统，朗奇光栅将4f系统中滤出的正负一级衍射光合成一束光；所述数字微镜器件连接有计算机，控制所述的数字微镜器件上的加载。

技术领域

本公开属于光学技术领域，具体涉及一种产生普适非均匀关联光束的装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

光的空间相干性是光学领域研究的一大重要特性。它的变化影响着光场在不同两点之间的干涉能力，且决定着光场的传输特性。因此，根据空间相干理论，具有空间相干性的部分相干光束可以用空间-频率域中空间两点的交叉谱密度函数来表征。其交叉谱密度在满足非负正定条件的情况下，可通过选择源平面上的特殊关联产生指定的部分相干光束。这些光束在光束整形、成像等方面具有很重要的应用。

但是目前为止大部分的研究对象集中在关于谢尔模型关联光束。其关联结构依赖于空间两点之间的距离，因此，谢尔模型光束的相干分布在整个区域内是均匀的，尽管谢尔模型部分相干光束不管是在微粒操控还是在自由空间光通信等领域都有着重要的应用价值，但由于其关联结构的局限性限制了相干调控在光束整形、成像等方面的应用。因此，近些年关联结构分布在整个区域且表现非均匀变化的光束成为了研究的热点。这样的光束被称之为非均匀关联光束，该种光束因其光强自聚焦且相比谢尔模型光束具有更低的光强闪烁等优势，增加了光束在光空间通信领域的应用。

然而相比于谢尔模型光束的实验产生来说，产生非均匀关联光束的实验研究屈指可数，2011年Macías-Romero等人[Macías-Romero C,Lim R,Foreman M R,etal.Synthesis of structured partially spatially coherent beams.Opt.Lett.,2011,36(9),1638.]利用模式展开方法提供了一种产生非均匀关联光束的方法，该方法利用旋转扩散产生每个相干模式且互不相干的光源耦合进一捆单模光纤，再利用空间光调制器多路复用加载全息片，对这些互不相关的相干光束进行叠加来实现非均匀关联光束，该方法理论上可以产生任意空间相干性的部分相干光束，但其产生的相干模式局限于单模光纤的数量以及空间光调制器的硬件参数，并且对于空间光调制器上加载的全息片的设计要求苛刻等原因，其实际应用价值受到影响。2013年，Cui等人[Cui S, Chen Z,Zhang L,etal.Experimental generation of nonuniformly correlated partially coherentlight beams.Opt.Lett.,2013,38(22), 4821.]提出了一种利用随机相位屏去产生非均匀关联光束的方法，该方法仅能产生作者定义的非均匀关联光束。2016年Hyde等人[Hyde IVM W,Bose-Pillai S,Voelz D G,et al.Generation of vector partially coherentoptical sources using phase-only spatial light modulators. Phys.Rev.Appl.,2016,6(6),064030.]提出了一种通过新的随机相位屏合成部分相干光束的方法，该方法通过所需要的部分相干光束，对该光束的光强及关联函数进行一系列的变换，求得加载在空间光调制器上的一个随机相位，循环这一操作产生一系列随机相位屏，通过切换随机相位屏得到部分相干光束。该方法理论上可以产生任意均匀和非均匀关联光束，但该方法所涉及到的随机相位屏的产生过程繁琐，计算冗长，需要牺牲大量计算时间。而后2017年，Hyde[Hyde IV M W,Bose-Pillai S,Xiao X,et al.A fast and efficient method forproducing partially coherent sources.J.Opt.,2017,19(025601), 025601.]提出了另外一种利用伪模叠加的方法。利用变形镜变化速率较快的优点，对所求得的相干模式按照特定概率进行非相干叠加。该方法可以产生任意均匀部分相干光束以及特定一类型的非均匀关联光束。同年11月，该作者发表了该篇文章的实验结果[Hyde IV M W, Bose-Pillai SR,Wood R A.Synthesis of non-uniformly correlated partially coherent sourcesusing a deformable mirror.Appl.Phy.Lett., 2017,111(10),101106.]，但事实上实验结果并不特别理想。