[发明专利]一种利用光束空间相干结构实现角锥场整形的方法和系统

说明书

本发明公开了一种利用光束空间相干结构实现角锥场整形的方法和系统，包括以下步骤：S1、部分相干光源发出平行光，所述平行光正入射至角锥的平面并在角锥的锥面上发生折射；S2、经所述角锥折射的光束出射并在光轴处聚焦，形成聚焦光场；所述聚焦光场包括多个与光轴重合的连续焦点；S3、光束经所述角锥聚焦后继续在自由空间传输，实现角锥场整形。其能够通过改变入射光束的阶数以改变其空间关联结构，从而实现角锥场的光束整形，在光镍和光学传输等方面具有很大的应用前景。

技术领域

本发明涉及光束的传输与变换领域，具体涉及一种利用光束空间相干结构实现角锥场整形的方法和系统。

背景技术

衍射现象是物理光学的基础，克服衍射的概念一直以来都非常具有吸引力。贝塞尔光束是无衍射光束的一种，它同时具有强大的自修复能力，在微制造、微纳光学以及光镊等领域具有很大的应用。贝塞尔光束可以看做是一系列沿着角锥传播的平面波，每个平面波经过相同的距离后经历了相同的相移，角锥也是目前最常用来产生贝塞尔光束的元件之一。

有关角锥场的研究追溯到1986年，Durnin等人找到了波动方程的非扩散解，并且首次在实验上产生了这种无衍射光束，由于该光束径向强度表达式包含贝塞尔函数，故称为贝塞尔光束。1991年A.T.Friberg等人计算了一种空间传播不变的部分相干光束存在的必要条件，随后J.Turunen等人给出了该类光束的交叉谱密度表达式。1998年A.T.Friberg等人研究了部分相干光束的轴向光强控制，并且提出一种利用环形孔径角锥产生强度均匀的延长聚焦线段的方法。随后科研工作者们对角锥场进行了大量的研究与设计。

然而，人们一般通过改变入射光束的振幅、相位、偏振态等对角锥场进行调控，目前对于入射光束的关联结构还仅限于传统的高斯关联。而传统的高斯关联的入射光束的关联结构比较单一，适用范围较小。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用光束空间相干结构实现角锥场整形的方法和系统，其能够通过改变入射光束的阶数以改变其空间关联结构，从而实现角锥场的光束整形，在光镊和光学传输等方面具有很大的应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用光束空间相干结构实现角锥场整形的方法，包括以下步骤：

S1、部分相干光源发出平行光，所述平行光正入射至角锥的平面并在角锥的锥面上发生折射；

S2、经所述角锥折射的光束出射并在光轴处聚焦，形成聚焦光场；所述聚焦光场包括多个与光轴重合的连续焦点；

S3、光束经所述角锥聚焦后继续在自由空间传输，实现角锥场整形。

作为优选的，所述部分相干光源为多高斯谢尔模源，所述多高斯谢尔模源发出的光束的相干结构为多高斯关联。

作为优选的，所述多高斯关联的关联函数的表达式为：其中，M是光束阶数，ρ₁、ρ₂是源平面上任意两点的位置矢量，σ和δ分别表示光束的光斑尺寸和相干长度。

作为优选的，改变S1中所述部分相干光源的光束阶数以调节光束的相干结构。

作为优选的，S1中所述平行光从空气正入射至角锥平面。

作为优选的，S1中所述角锥在空气中的折射率为1.51630。

作为优选的，S3中光束在自由空间的传输矩阵为其中z轴为光轴所在方向。

本发明还公开了一种利用光束空间相干结构实现角锥场整形系统，包括依次设置的多高斯谢尔模源、角锥和光探测器，所述多高斯谢尔模源发出相干结构可调制的光束。

作为优选的，所述光探测器为CCD或CMOS。

本发明的有益效果：