自分裂光束的產(chǎn)生裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種自分裂光束的產(chǎn)生裝置，產(chǎn)生裝置沿光路方向依次包括：光源；空間光調(diào)制器，對(duì)激光束進(jìn)行相位調(diào)制后以透射的方式輸出具有特定光強(qiáng)分布的光束；旋轉(zhuǎn)的散射體，激光束經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的散射體后產(chǎn)生具有特定光強(qiáng)分布的非相干光；薄透鏡，獲得相干結(jié)構(gòu)函數(shù)形式為非相干光光強(qiáng)傅里葉變換函數(shù)的部分相干光束；高斯濾波片，將部分相干光束的光強(qiáng)分布調(diào)制成高斯光強(qiáng)分布，產(chǎn)生具有特殊空間關(guān)聯(lián)函數(shù)的部分相干光束，即自分裂光束。本實(shí)用新型利用光場(chǎng)空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)產(chǎn)生自分裂光束，通過(guò)本實(shí)用新型可以簡(jiǎn)單方便在實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生自分裂光束，為自分裂光束在原子操控等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
【專利說(shuō)明】自分裂光束的產(chǎn)生裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及激光【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種自分裂光束的產(chǎn)生裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]自第一臺(tái)激光器實(shí)用新型以來(lái)，光場(chǎng)的相干理論得到了人們的廣泛研究，其中光束的相干性是光場(chǎng)相干理論最重要的研究?jī)?nèi)容，光束的相干性包括兩方面，即時(shí)間相干性和空間相干性。前者與光束的單色性密切相關(guān)，后者與光束的方向性密切相關(guān)。光束的空間相干性賦予了光束的一個(gè)新的自由度，為光場(chǎng)的譜密度分布、偏振結(jié)構(gòu)、相干結(jié)構(gòu)的調(diào)控提供了新的思路。部分相干光的空間相干結(jié)構(gòu)可以通過(guò)光束的關(guān)聯(lián)函數(shù)來(lái)表征。在過(guò)去的幾十年里，研究人員從理論和實(shí)驗(yàn)上研究的最為廣泛和深入的部分相干光是關(guān)聯(lián)函數(shù)為高斯分布的光束，即:高斯謝爾模光束，研究發(fā)現(xiàn)，該光束在自由空間光通信、粒子俘獲、原子冷卻、光學(xué)成像、二次諧波產(chǎn)生、以及光學(xué)散射等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。最近，一種具有特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的部分相干光束引起了研究人員的廣泛關(guān)注。2007年，意大利的Gori以及Santarsie1給出了構(gòu)建標(biāo)量部分相干光束的空間關(guān)聯(lián)函數(shù)的充分條件。2009年，他們又提出了構(gòu)建隨機(jī)電磁光束的空間關(guān)聯(lián)函數(shù)的充分條件?；谒麄冮_拓性的工作，一系列具有特殊空間關(guān)聯(lián)函數(shù)結(jié)構(gòu)的部分相干光束的模型被提出來(lái)了，比如，2011年Lajunen等人提出了非均勻關(guān)聯(lián)光束的模型；2012年Sahin等人提出了多高斯關(guān)聯(lián)光束的模型；2013年梅掌榮等人提出了拉蓋爾高斯關(guān)聯(lián)光束以及貝塞爾高斯關(guān)聯(lián)光束的模型；之后梅掌榮又提出了 Cosine-高斯關(guān)聯(lián)光束的模型；2014年陳亞紅等人提出了特殊偏振關(guān)聯(lián)光束的模型等。研究表明，這類具有特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的部分相干光束在傳輸過(guò)程中展現(xiàn)出奇特的現(xiàn)象，比如，在遠(yuǎn)場(chǎng)處或焦平面上產(chǎn)生平頂分布，空心分布，或者陣列分布等特殊分布的光強(qiáng)；光強(qiáng)自聚焦現(xiàn)象；光強(qiáng)峰值漂移；焦點(diǎn)附近產(chǎn)生三維光學(xué)籠子等等。由于這些奇特的傳輸特性，具有特殊空間關(guān)聯(lián)函數(shù)結(jié)構(gòu)的部分相干光束將應(yīng)用到自由空間光通信以及光學(xué)粒子俘獲等領(lǐng)域?；谝陨系难芯炕A(chǔ)，我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)構(gòu)建特定的光場(chǎng)空間關(guān)聯(lián)函數(shù)，可以改變光束的傳輸特性，這為產(chǎn)生特定光場(chǎng)結(jié)構(gòu)提供了新的思路。
[0003]在另一方面，光束的自分裂特性得到人們的持續(xù)關(guān)注。光束的自分裂特性能夠激勵(lì)出很多新奇的現(xiàn)象，在許多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景，比如，原子操控；粒子俘獲；高能超輻射發(fā)光二極管設(shè)計(jì)領(lǐng)域等。到目前為止，有一系列關(guān)于光束自分裂的理論和實(shí)驗(yàn)被報(bào)道了，1996年Tikhonenko等人提出在飽和非線性介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)光束自分裂現(xiàn)象，1997年Torres等人就提出了通過(guò)二維波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)光束的自分裂，1998年Snryanto等人提出了在非Kerr媒介中實(shí)現(xiàn)光束自分裂現(xiàn)象。然而，以上實(shí)現(xiàn)光束自分裂現(xiàn)象的方法都是借助于特殊媒介或者分束器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并不是對(duì)光場(chǎng)的直接調(diào)控。
[0004]因此，針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，有必要提供一種直接對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行調(diào)控自分裂光束的產(chǎn)生裝置。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]有鑒于此，本實(shí)用新型針對(duì)上述問(wèn)題，提出了一種直接對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行調(diào)控自分裂光束的產(chǎn)生裝置。
[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]—種自分裂光束的產(chǎn)生裝置，所述產(chǎn)生裝置沿光路方向依次包括:
[0008]光源，產(chǎn)生一定波長(zhǎng)的激光束；
[0009]空間光調(diào)制器，對(duì)激光束進(jìn)行相位調(diào)制后以透射的方式輸出具有特定光強(qiáng)分布的光束；
[0010]旋轉(zhuǎn)的散射體，旋轉(zhuǎn)的散射體表面包括若干微小顆粒，顆粒大小分布遵從高斯統(tǒng)計(jì)分布，激光束經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的散射體后產(chǎn)生具有特定光強(qiáng)分布的非相干光；
[0011]薄透鏡，薄透鏡起到傅里葉變換的作用，獲得相干結(jié)構(gòu)函數(shù)形式為非相干光光強(qiáng)傅里葉變換函數(shù)的部分相干光束；
[0012]高斯濾波片，高斯濾波片緊貼著薄透鏡設(shè)置，用于將部分相干光束的光強(qiáng)分布調(diào)制成高斯光強(qiáng)分布，產(chǎn)生具有特殊空間關(guān)聯(lián)函數(shù)的部分相干光束，即自分裂光束。
[0013]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述空間光調(diào)制器與個(gè)人電腦相連，所述個(gè)人電腦用于生成計(jì)算全息光柵圖并加載到空間光調(diào)制器上，以產(chǎn)生具有特定光強(qiáng)分布的光束。
[0014]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述空間光調(diào)制器輸出光束的光強(qiáng)分布為:
/ O \?>i 2 Y Γ I O O 21
…I V: I Vr2v' 2vr
[0015]i (vj — ~~— exp γ---—，

V?0x J V iyOv J _ ω?χ iyOv _
[0016]其中v= (vx, vy)是空間光調(diào)制器輸出面上的坐標(biāo)矢量；exp[.]表示e指數(shù)函數(shù)；m，η為自然數(shù)，代表光束的階數(shù)；GJcix和GJciy表示沿著χ方向和y方向的光束寬度。
[0017]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光源到高斯濾波片的光路傳遞函數(shù)為:
[0018]"(r,v) = —士r(r)cxp 4^:(v2 -2r-v),
人?L^/_
[0019]其中，V= (Vx，Vy)和r = (x，y)分別代表入射面以及出射面上的坐標(biāo)矢量；r(r)-cxp(-r2 /'4c7((j:為高斯濾波片振幅函數(shù)，σ。為光斑有效寬度，f為薄透鏡的焦距,薄透鏡和旋轉(zhuǎn)的散射體之間的距離也為f。
[0020]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述自分裂光束的互強(qiáng)度函數(shù)為:

_ ο η
j.- + j.-
[0021]J0(rpr2) = G0exp - 1 ,2 Km),
_ 4σ?
[0022]其中Gtl是與光強(qiáng)有關(guān)的常數(shù)，Γι ^ (X1, Yl)和r2 ^ (x2, y2)是部分相干光源處兩任意位置矢量，Y (γ2-Γι)為光束的關(guān)聯(lián)函數(shù)，表示為:
t、H[(?「(X7-X1)2
咖—ri) = ~^(0)~exp—
[0023]
Hln (J2-V1)Z^ov 「(ν,-vj2
X----^--exp — Iu ,
II(O)y 2?
[0024]δ 0χ = λ f/ Ji ω0χ, δ 0y = λ f/ ji Q0y表示光束沿著χ和y方向的相干長(zhǎng)度；Ηα為階數(shù)為α的厄米多項(xiàng)式。
[0025]本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0026]本實(shí)用新型利用光場(chǎng)空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)產(chǎn)生自分裂光束，通過(guò)本實(shí)用新型可以簡(jiǎn)單方便在實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生自分裂光束，為自分裂光束在原子操控等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]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。
[0028]圖1所示為本實(shí)用新型調(diào)制光場(chǎng)空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)示例圖；
[0029]圖2所示為本實(shí)用新型一【具體實(shí)施方式】中自分裂光束產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3所示為本實(shí)用新型一【具體實(shí)施方式】中產(chǎn)生的自分裂光束在光源平面上的關(guān)聯(lián)函數(shù)模平方的等高分布圖；
[0031]圖4所示為本實(shí)用新型一【具體實(shí)施方式】中產(chǎn)生的自分裂光束在光源平面上的光強(qiáng)等聞分布圖。
[0032]圖5所不為本實(shí)用新型一【具體實(shí)施方式】中產(chǎn)生的自分裂光束的傳輸光強(qiáng)分布圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033]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。
[0034]本實(shí)用新型中構(gòu)建光場(chǎng)空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的方法原理如下:
[0035]在空間-時(shí)間域中，部分相干光束可以通過(guò)互強(qiáng)度函數(shù)來(lái)表征，且互強(qiáng)度函數(shù)需要滿足以下正定條件:
[0036]J0 (r1； r2) =/ I (V)H^r1, v)H(r2, v) d2v,(I)
[0037]其中H(r，v)表示任意函數(shù)，I (v)為非負(fù)函數(shù)。
[0038]公式(I)可以表示為更一般的形式:
[0039]J0 (r1； r2) = // Ji (ν1； ν2) H* (r1； V1) H (r2, v2) (I2V1Cl2V2,(2)
[0040]I 中，
[0041]J [\ V2 ) = ^/( Vl)/(V2 )^'( Vl )(3)
[0042]從公式⑵和(3)中，可以看出通過(guò)選取合適的H以及I函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)部分相干光束的空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的調(diào)控。在實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)中，H函數(shù)表示光路的傳遞函數(shù)，Ji (Vl，V2)表不非相干光源，I(V)表不非相干光束的光強(qiáng)分布。
[0043]為了方便實(shí)現(xiàn)，這里我們選擇這樣一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，即:一束非相干光源傳輸距離f后，再經(jīng)過(guò)焦距為f的薄透鏡及振幅透射函數(shù)為T (r)高斯振幅濾波片。該光學(xué)系統(tǒng)的光路傳遞函數(shù)H可表示為:
?._
[0044]//(r,v)^-—T(r)exp ^:(v2—2r.v) ,(4)
[0045]其中2^)= 6叉?(一1*2/40.。2)，σ。為光斑寬度。
[0046]如果非相干光源的光強(qiáng)分布函數(shù)有如下形式:
? 2 \m f 2 γ 「72 O 2_
[0047]/(v)= -?- -?- exp -~Yl--Y1，(5)

V 份Ox y V iyOr J — ?0χ ω0ν _
[0048]其中COtlx和GJciy表示沿著χ方向和y方向的光束寬度；V = (vx, vy)為非相干光源面上的位置矢量；exp[.]表示e指數(shù)函數(shù)；m，η為自然數(shù)，代表光束的階數(shù)。將公式(4)、
(5)代入到公式(I)中，經(jīng)過(guò)積分，得到互強(qiáng)度函數(shù):

_ 2 2 _
[0049]Λ(rPr2) = exP -r\ + 22 Km),(6)

_ 4cj0 _
[0050]其中Gtl是與光強(qiáng)有關(guān)的常數(shù)，Γι ^ (X1, Yl)和r2 ^ (x2, y2)是部分相干光源處兩任意位置矢量。Y (γ2-Γι)為光束的關(guān)聯(lián)函數(shù)，表示為:
,、^2?, [(?「(H1)2
r{r -r, =---—--exp ~
、-HltM2δΙ
[0051](7)
H2,, (U1W2i5Ov(v,-V1)2
χ——^----^exp -v^ ；1；,

//2,,(0)'L 2匁
[0052]其中δ 0χ = λ f/ Ji ω0χ, δ 0y = λ f/Ji coQy表示光束沿著χ和y方向的相干長(zhǎng)度。Ha為階數(shù)為a的厄米多項(xiàng)式。具有互強(qiáng)度函數(shù)為公式(6)的這種特殊空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的部分相干光束，即為自分裂光束，它在傳輸過(guò)程中具有自分裂特性。
[0053]參圖1所示，一束光強(qiáng)分布為I (V)的非相干光傳輸距離f后，通過(guò)焦距f的薄透鏡1，產(chǎn)生空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)函數(shù)為Y (r2-ri)(具體形式為光強(qiáng)I (V)的傅里葉變換)的部分相干光束，緊接著薄透鏡I后面放置高斯濾波片2，將產(chǎn)生的部分相干光束的光強(qiáng)分布調(diào)制成高斯光強(qiáng)分布，通過(guò)圖1所示系統(tǒng)后，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)光場(chǎng)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)調(diào)控的目的。
[0054]參見圖2所示，在本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施方式中，一種自分裂光束的產(chǎn)生裝置，依次包括光源1、空間光調(diào)制器2、旋轉(zhuǎn)的散射體3、薄透鏡4、高斯濾波片5，其中，旋轉(zhuǎn)的散射體3表面包括若干微小顆粒，顆粒大小分布遵從高斯統(tǒng)計(jì)分布?？臻g光調(diào)制器2與個(gè)人電腦(未圖示)相連，個(gè)人電腦用于生成計(jì)算全息光柵圖并加載到空間光調(diào)制器上，以產(chǎn)生具有特定光強(qiáng)分布的光束。
[0055]本實(shí)施方式中光源I為氦氖激光器，產(chǎn)生的激光束波長(zhǎng)為632.8納米。其中空間光調(diào)制器2為德國(guó)Holoeye公司生產(chǎn)的LC-2002型透射空間光調(diào)制器，分辨率為800X600，每個(gè)像素尺寸為32微米X32微米，并將計(jì)算全息光柵圖通過(guò)個(gè)人電腦直接加載到空間光調(diào)制器2中。旋轉(zhuǎn)的散射體3為粗糙度為400的旋轉(zhuǎn)毛玻璃片，通過(guò)3伏穩(wěn)壓電壓源控制轉(zhuǎn)速。薄透鏡4為焦距為250毫米的薄凸透鏡。
[0056]本實(shí)用新型沿著氦氖激光器發(fā)出激光方向依次放置連接個(gè)人電腦的空間光調(diào)制器、旋轉(zhuǎn)的散射體、薄透鏡、高斯濾波片；其中高斯濾波片緊貼薄透鏡。將個(gè)人電腦生成的計(jì)算全息光柵圖加載到所述空間光調(diào)制器中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光束光強(qiáng)調(diào)控的目的，產(chǎn)生光強(qiáng)分布為公式(5)所述的光強(qiáng)分布。之后將產(chǎn)生的具有公式(5)所述的光強(qiáng)分布的光束照射一旋轉(zhuǎn)的散射體上，轉(zhuǎn)化為一束非相干光，緊接著在距離旋轉(zhuǎn)散射體距離為f的位置放置一薄透鏡，對(duì)非相干光進(jìn)行傅里葉變換，實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的調(diào)控，產(chǎn)生空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)函數(shù)為非相干光光強(qiáng)分布傅里葉變換的部分相干光。緊貼著薄透鏡放置一高斯濾波片，把光束的光強(qiáng)分布轉(zhuǎn)變成高斯分布，從而產(chǎn)生自分裂光束，所不光束在傳輸過(guò)程中表現(xiàn)出自分裂現(xiàn)象。
[0057]本實(shí)用新型中自分裂光束產(chǎn)生方法包括以下步驟:
[0058]S1、光源I發(fā)出一束波長(zhǎng)為632.8納米的激光束；
[0059]S2、光源I發(fā)出的激光束照射在一空間光調(diào)制器2上，經(jīng)過(guò)位相調(diào)制后以透射的方式輸出；
[0060]S3、經(jīng)空間光調(diào)制器調(diào)制后的光束照射旋轉(zhuǎn)的散射體3，產(chǎn)生具有公式(5)所述的光強(qiáng)分布的非相干光；
[0061]S4、將非相干光照射到一距離為f的薄透鏡4上，其中薄透鏡4起到傅里葉變換的作用，獲得相干結(jié)構(gòu)函數(shù)形式為非相干光光強(qiáng)傅里葉變換函數(shù)的部分相干光束；
[0062]S5、緊接著薄透鏡4放置一高斯濾波片5，將產(chǎn)生光束的光強(qiáng)分布調(diào)制成高斯光強(qiáng)分布，產(chǎn)生具有特殊空間關(guān)聯(lián)函數(shù)的部分相干光束，即自分裂光束。
[0063]具體地，本實(shí)施方式中光源I產(chǎn)生的波長(zhǎng)為632.8納米的激光束垂直入射到空間光調(diào)制器2，空間光調(diào)制器2為透射式的液晶空間光調(diào)制器，通過(guò)個(gè)人電腦加載計(jì)算全息光柵圖對(duì)光束進(jìn)行位相調(diào)制，調(diào)制后的輸出光束具有特定的光強(qiáng)分布，光強(qiáng)分布的表達(dá)式可以與成:
「2 Vy 2 V Γ 2 2 2 "
[0064]/(V)= -?- -?- exp —~,(8)

V(0Qx J I ^?ν J _ (0Qx (0Oχ _
[0065]其中V = (vx, vy)是液晶空間光調(diào)制器輸出面上的坐標(biāo)矢量；exp[.]表示e指數(shù)函數(shù);m, η為自然數(shù),代表光束的階數(shù)；Qcix和COtly表示沿著χ方向和y方向的光束寬度。
[0066]出射光束照射到旋轉(zhuǎn)的散射體3上,將光束轉(zhuǎn)化為公式(8)所述光強(qiáng)分布的非相干光。其中旋轉(zhuǎn)的散射體為旋轉(zhuǎn)的毛玻璃片，通過(guò)3伏穩(wěn)壓電壓源控制轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)毛玻璃片表面顆粒大小遵從高斯統(tǒng)計(jì)分布。產(chǎn)生的非相干光通過(guò)距離為f的薄透鏡4以及緊挨著薄透鏡的高斯濾波片5，其中薄透鏡的焦距為f。以上非相干光源到高斯濾波片之間的系統(tǒng)傳輸函數(shù)可以寫成:
[0067]//(r,v)--j^^(i')cxp ^y(v2-2r-v)，(9)
[0068]其中v = (vx, vy)和r = (x, y)分別代表入射面以及出射面上的坐標(biāo)矢量；r(r) = ^xp(-r / 4σα2):為高斯濾波片振幅函數(shù)，Otl為光斑有效寬度。
[0069]光強(qiáng)分布具有公式(5)形式的非相干光經(jīng)過(guò)以上光學(xué)系統(tǒng)以后，產(chǎn)生自分裂光束，其互強(qiáng)度函數(shù)具有如下形式:

_ 2 2 _
[0070]Λ(r^r2)-G0exp -1*1 +f2 Km),(10)

_ 4σ~
[0071]其中Gtl是與光強(qiáng)有關(guān)的常數(shù)，Γι ^ (X1, Yl)和r2 ^ (x2, y2)是部分相干光源處兩任意位置矢量。Y (γ2-Γι)為光束的關(guān)聯(lián)函數(shù)，表示為:
, 、「(XrX1)2
/Ir2-r,) =-!=-—--exp ~
1 "“0) /11Λ
[0072]廣 ?](11)

Hm [(.V2 -V1)/ 執(zhí)]「(y, — J1 )2
χ---—-^exp，
Ho) L 2《.
[0073]其中δ Qx = λ f/ji coQx，δ Qy = λ f/ji COtly表示光束沿著χ和y方向的相干長(zhǎng)度。Ha為階數(shù)為a的厄米多項(xiàng)式。
[0074]本實(shí)用新型以產(chǎn)生的自分裂光束為例，參見圖3，給出階數(shù)為m = Ln = O的自分裂光束在光源面上關(guān)聯(lián)函數(shù)模平方的等高分布圖。參見圖4，給出階數(shù)為m = 1，n = O的自分裂光束在光源面上的光強(qiáng)分布的等高分布圖，產(chǎn)生的自分裂光束在光源處的光強(qiáng)分布為高斯分布。參見圖5，給出了階數(shù)為m = 1，η = O的自分裂光束在自由空間中傳輸?shù)牡雀叻植紙D，從圖中可以看出在自由空間中隨著傳輸距離的增加自分裂光束逐漸從一束光分成兩束。
[0075]由此可見，通過(guò)調(diào)控光場(chǎng)的空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生自分裂光束，這種自分裂光束在原子操控等領(lǐng)域具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0076]綜上所述，本實(shí)用新型提出了一種簡(jiǎn)單可行的自分裂光束的產(chǎn)生裝置，利用光場(chǎng)空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)產(chǎn)生自分裂光束。通過(guò)本實(shí)用新型可以簡(jiǎn)單方便在實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生自分裂光束，為自分裂光束在原子操控等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。整個(gè)技術(shù)方案簡(jiǎn)單且有廣泛的實(shí)用性，具有重要的實(shí)驗(yàn)及實(shí)用價(jià)值。
[0077]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。
[0078]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(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)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(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】
1.一種自分裂光束的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述產(chǎn)生裝置沿光路方向依次包括: 光源，產(chǎn)生一定波長(zhǎng)的激光束； 空間光調(diào)制器，對(duì)激光束進(jìn)行相位調(diào)制后以透射的方式輸出具有特定光強(qiáng)分布的光束； 旋轉(zhuǎn)的散射體，旋轉(zhuǎn)的散射體表面包括若干微小顆粒，顆粒大小分布遵從高斯統(tǒng)計(jì)分布，激光束經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)的散射體后產(chǎn)生具有特定光強(qiáng)分布的非相干光； 薄透鏡，薄透鏡起到傅里葉變換的作用，獲得相干結(jié)構(gòu)函數(shù)形式為非相干光光強(qiáng)傅里葉變換函數(shù)的部分相干光束； 高斯濾波片，高斯濾波片緊貼著薄透鏡設(shè)置，用于將部分相干光束的光強(qiáng)分布調(diào)制成高斯光強(qiáng)分布，產(chǎn)生具有特殊空間關(guān)聯(lián)函數(shù)的部分相干光束，即自分裂光束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述空間光調(diào)制器與個(gè)人電腦相連，所述個(gè)人電腦用于生成計(jì)算全息光柵圖并加載到空間光調(diào)制器上，以產(chǎn)生具有特定光強(qiáng)分布的光束。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述空間光調(diào)制器輸出光束的光強(qiáng)分布為:
/ \m ? 2廠 η， Λ 7 ~ τ(、f V； I Vv2ν; 2ν； /(V)= -γ-exp —~f ~f，
V ①O X J V ?0ν J _ 仿Ox _ 其中V = (νχ, vy)是空間光調(diào)制器輸出面上的坐標(biāo)矢量；exp[.]表示e指數(shù)函數(shù)；m,η為自然數(shù)，代表光束的階數(shù)；Otlx和GJciy表示沿著X方向和y方向的光束寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述光源到高斯濾波片的光路傳遞函數(shù)為:
"(r,v) = —六7'(r)cxp ^yfv2-2r-v), 其中，V = (vx, vy)和r = (X，y)分別代表入射面以及出射面上的坐標(biāo)矢量；r(r) = cxp(-r: / 4σ〖)'為高斯濾波片振幅函數(shù)，σ ^為光斑有效寬度，f為薄透鏡的焦距,薄透鏡和旋轉(zhuǎn)的散射體之間的距離也為f。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的產(chǎn)生裝置，其特征在于，所述自分裂光束的互強(qiáng)度函數(shù)為:
. 2 2 J0(r丨,r2) = G0 exp -Km), 其中Gtl是與光強(qiáng)有關(guān)的常數(shù)，Γι = (X1, Yl)和r2 = (x2, y2)是部分相干光源處兩任意位置矢量，Y (γ2-Γι)為光束的關(guān)聯(lián)函數(shù)，表示為: ,、H2m (X2 -X1) / Φ.δ0χ- X1 )2 /[V7 -T1=---—--exp ~
//2,?(0) 2《' _
-Λ「(V1-V1)2
X---—--exp,
,Uo) L 2^-,― δ οχ = λ f/ Ji ω0χ, δ 0y = λ f/ Ji COciy表示光束沿著χ和y方向的相干長(zhǎng)度；Ηα為階數(shù)為α的厄米多項(xiàng)式。
【文檔編號(hào)】G02B27/09GK204009237SQ201420459450
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】陳亞紅, 王飛, 蔡陽(yáng)健 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)