[发明专利]部分空间部分时间相干脉冲光源的时空自分裂产生方法

说明书

本发明涉及脉冲光源技术领域，特别涉及一种部分空间部分时间相干脉冲光源的时空自分裂产生方法。所述方法包括：在空间域和时间域构建部分空间部分时间相干脉冲光源的互相干函数；将该互相干函数代入广义惠更斯‑菲涅尔衍射积分公式；利用上述公式，得到部分空间部分时间相干脉冲光源在空间任意位置z处的互相干函数的表达式；两个空间点和两个时刻点重叠得到部分空间部分时间相干脉冲光源的时空强度表达式；部分空间部分时间相干脉冲光源的时空强度在色散介质中传输出现时空自分裂现象。通过该方法对部分空间部分时间相干脉冲光源的空间相干结构和时间相干结构分别进行调控，可以获得该脉冲光束在传输中的自分裂现象。

技术领域

本发明涉及脉冲光源技术领域，特别涉及一种部分空间部分时间相干脉冲光源的时空 自分裂产生方法。

背景技术

众所周知，激光因具有方向性好、单色性好、相干性高和亮度高等特性在工业、农业、 医疗、国防等多个领域有广泛应用。随着对激光认识的逐渐深入，人们发现激光的高相干性 会限制激光的应用。例如，高相干性的激光在成像时容易带来噪声、在激光核聚变时容易出 现散斑效、在大气传输中很容易出现强度闪烁、在光通信中误码率偏高。

一般情况下，人们将单模激光器产生的光源称为完全相干光，将太阳光、白炽灯等认 为是完全非相干光。严格来讲，实际存在的光都有一定的频谱宽度，且光的振幅有一定的随 机涨落现象，这导致理想的完全相干光和完全非相干光都是不存在的。人们常见的光源都是 严格意义上的部分相干光，它的“部分”程度采用相干性大小来表征，并且其相干性包含空 间相干性和时间相干性；前者表示在空间中某一时刻、不同空间点处电场之间的关联程度， 后者表示在某一空间点、两个不同时刻电场的关联程度。近来的研究表明，相干性不同的光 源可以产生相同的远场强度分布，因此，在一些领域人们用部分相干激光代替完全相干激光。

在空间域，人们采用空间相干分布是高斯函数的高斯谢尔模型来表征部分相干激光源， 近来的研究发现，利用空间相干结构调控技术，即构建一些更为复杂的空间关联函数，这些 部分相干激光源在传输过程中出现了一些奇异的特性，如产生光学囚笼、远场平顶、自聚焦、 自加速、自旋转等，这些特性在光通信、光捕获、成像等领域有广泛应用。然而，这些光源 都是稳态连续激光。近年来，随着超短脉冲技术在超快激光加工、医疗诊断、超分辨成像、 超高速光通信等方面的广泛应用需求，人们将研究重点逐渐转移至超短脉冲激光领域。

在时间域，人们用时间相干分布是高斯函数的高斯谢尔模型脉冲光来表征部分时间相 干脉冲光源。近来的研究发现，利用时间相干结构调控技术，构建非均匀时间关联结构可以 让脉冲光源在传输中出现自聚焦现象，构建余弦高斯相干结构可以让脉冲光源在传输中出现 自分裂现象。

但是，现有技术都是单独对空间相干结构或时间相干结构进行调控，这种方式存在诸 多缺陷。例如，在水下激光切割中，将稳态的高斯谢尔模型激光作为工作光源，经常面临切 割材料单一、切割效率低、激光光斑大小、强度难以控制等问题；在时间相干结构调控技术 中，无法对脉冲光源的空间相干性进行调控等。

针对上述技术问题，有必要提出将空间相干结构调控和时间相干结构调控结合起来的 技术，以解决现有的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种部分空间部分时间相干脉冲光源的时空自分裂产生方法， 将空间相干结构调控和时间相干结构调控技术结合起来，通过该方法以解决目前的单独对空 间相干结构或时间相干结构进行调控时，所存在的问题。

具体的，本发明采用以下技术方案进行：

一种部分空间部分时间相干脉冲光源的时空自分裂产生方法，所述方法包括：

在空间域和时间域构建部分空间部分时间相干脉冲光源的互相干函数；

将该互相干函数代入广义惠更斯-菲涅尔衍射积分公式；