[发明专利]激光光束相干度和束散角复合调控方法

说明书

激光光束相干度和束散角复合调控方法属于应用光学技术领域。现有技术在装置方面存在结构复杂的问题，装置的设计和制造成本也会很高。本发明由计算机根据零均值高斯分布二实值函数生成零均值高斯分布相位图；输入所需激光光束的空间相干长度σ_g和束散角θ的值，再由计算机根据随机相位函数束散角调制函数分别生成若干个相干长度调控相位图、束散角调控相位图；将两个相位图叠加后取余，生成复合调控相位图；将所述复合调控相位图加载到液晶空间光调制器上，复合调控相位图按某一频率切换，对液晶空间光调制器的相位调制量进行灰度控制，同步完成对入射激光光束的相干度和束散角的复合调控。

技术领域

本发明涉及一种激光光束相干度和束散角复合调控方法，属于应用光学技术领域。

背景技术

就空间相干光而言，与完全相干光相比，部分相干光的相干度低，光强分布更加均匀，而且在传输过程中也更容易保持光强分布不变。在相同的湍流条件下，湍流介质对部分相干光的影响比它对完全相干光的影响要小的多。因此，部分相干光在大气湍流中长距离传播时发散更小，能量更集中，光束形状保持得更好。正是由于部分相干光具有这样的优点，其被广泛应用于很多领域，如自由空间激光通信、激光热处理、激光扫描、激光涂敷、激光可控核聚变、激光全息和非线性光学以及成像光学等。于是，现有技术需要采取措施，通过相干长度的调整，将作为完全相干光的激光调整为部分相干光，例如，在激光谐振腔外加装光学元件，或者在激光谐振腔内放置光学元件调控激光相干度大小。

另外，为了实现光束的远距离传输，需要将光束的束散角压缩到最小值，接近衍射极限角。由于束散角的大小与相干度相关，也就是相干度越高，束散角越小，好像在调控相干度的同时也就调控了束散角，其实不然，因为，相干度与束散角的对应关系十分复杂，束散角并不能在调控相干度的同时按照预期得到相应调控。因此，现有技术另行采用准直光学系统压缩光束的束散角。并且，需要针对部分相干光的不同相干度，重新设计准直光学系统。

可见，现有技术为了获得所需部分相干光和控制束散角，在装置的方面存在结构复杂的问题，装置的设计和制造成本也会很高。

再有，部分相干光的产生本来就是随机的，存在诸多不确定性，其中就包括相干度的不确定，也就是说部分相干光的相干度不稳定，更为糟糕的是，相干度的变化又会引起束散角的变化，直接影响光束在介质中的正常传输。

发明内容

为了获得所需部分相干光和控制束散角，同时简化调控装置结构，降低调控成本，并且能够稳定部分相干光的相干度，我们发明了一种激光光束相干度和束散角复合调控方法，从方法方面一次性同步调控部分相干光的相干度及束散角。

本发明之激光光束相干度和束散角复合调控方法包括以下步骤，激光光束经准直后由偏振器件起偏为符合液晶空间光调制器要求的偏振光，在计算机的控制下，由液晶空间光调制器完成激光光束的相干度和束散角的调控，得到具有某一相干长度和束散角的部分相干激光光束；其特征在于：

根据零均值高斯分布二实值函数生成零均值高斯分布相位图；输入所需激光光束的空间相干长度σ_g和束散角θ的值，由计算机根据随机相位函数束散角调制函数分别生成若干个相干长度调控相位图、束散角调控相位图；

相干长度调控相位图的生成过程为：

根据输入的空间相干长度σ_g生成窗口函数以窗口函数作为卷积核，由所述零均值高斯分布相位图卷积产生具有某一相位相干长度δ_φ的随机相位函数即：

式中：为相位图像素点极坐标；根据δ_φ＝mσ_g，m为相干长度转换系数，求得相位相干长度δ_φ，最后由随机相位函数生成具有所述某一相位相干长度δ_φ的相干长度调控相位图；

束散角调控相位图的生成过程为：