[发明专利]利用人工微结构调控光束关联结构及其相干长度的方法

说明书

本发明公开了一种利用人工微结构调控光束关联结构及其相干长度的方法，包括：S10、根据待生成特殊关联部分相干光的关联结构及其相干长度确定其在对应人工微结构区域各元胞位置处的相位；S20、计算各元胞位置处所排布纳米元胞的旋转角度；S30、将具有不同的旋转角度的纳米元胞在对应的元胞位置处进行排布，构建用于实现光束关联结构以及相干性调控的人工微结构；S40、将聚焦后的光束入射到构建的人工微结构表面，根据需求选取所述人工微结构的入射区域，并获得相应关联结构以及相应相干长度的部分相干光束。本发明可以实现定量地控制光束的相干结构及其相干长度，对光束能量的利用率大大提高，可以缩减器件尺寸，有利于实现光学系统的微型化。

技术领域

本发明涉及相干光学技术领域，特别涉及一种利用人工微结构调控光束关联结构及其相干长度的方法。

背景技术

不论在自然界中，还是在实验室里，所有光场或多或少都是随机涨落的，描述该光场随机涨落的基础理论称为相干光学理论。相干性是光场的重要属性之一，分为空间相干性和时间相干性，对光场相干性调控的研究具有重要意义，研究发现光场相干性调控在自由空间光通讯、激光雷达、激光核聚变、特种光学成像、量子光学等众多领域中具有重要的应用价值。高斯谢尔模光束是最典型的部分相干激光束，它的光强分布和相干性分布都满足高斯分布。目前产生高斯谢尔模光束的方法包括：利用旋转的毛玻璃产生部分相干光以及利用人工微结构产生特定相干度大小的部分相干光束，后者相对于前者促进了集成化和微型化设计，提高了能量利用率，并且在未进行测量的情况下可以已知产生光束的相干度。但是这一方法只能产生相干函数分布为高斯分布的部分相干光束，然而部分相干光束的相干特性并不仅仅局限于传统的高斯分布，具有非传统高斯分布相干结构的部分相干光束有着奇特的传输特性，这类特殊关联结构光束在空间或时间域中表现出自分裂、自聚焦、自漂移、自整形等物理效应及现象使得光束相干结构调控在超分辨成像、多微粒操控、自由空间光通信、光束整形等领域中具有重要的应用前景。到目前为止，产生特殊关联结构光束的方法一般为利用空间光调制器对入射光束的振幅进行调制并使调制后的光束入射到旋转的毛玻璃上使产生的光束具有特殊的关联结构。但是现有的方法大多系统复杂，并且基于厘米级系统，不利于系统的集成化和小型化，能量利用率低，不能在未测量的情况下已知光束的相干度分布，对其进一步的应用存在限制。

人工微结构是具有亚波长尺度结构单元的人造光学材料，人工微结构的提出为实现对光与物质相互作用的增强和有效控制提供了全新方式，为光学器件的小型化、轻质化和集成化提供了全新手段。目前，人工微结构已经能够在亚波长尺度下实现对光场振幅、相位和偏振态的有效控制，具有很高的应用价值，例如实现偏振光学防伪、消色差透镜、高饱和度结构色等等，而目前为止，人工微结构对于光场相干性这一维度的调控只限于产生相干结构分布为高斯分布的部分相干光束，对于产生非高斯相干结构分布的特殊关联结构分布的部分相干光束还未有涉及。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种能量利用率高，调控精度高的利用人工微结构调控光束关联结构及其相干长度的方法。其采用如下技术方案：

一种利用人工微结构调控光束关联结构及其相干长度的方法，其包括以下步骤：

S10、根据待生成特殊关联部分相干光的关联结构及其相干长度确定其在对应人工微结构区域各元胞位置处的相位；

S20、计算各元胞位置处所排布纳米元胞的旋转角度；

S30、将具有不同的旋转角度的纳米元胞在对应的元胞位置处进行排布，构建用于实现光束关联结构以及相干性调控的人工微结构；

S40、将聚焦后的光束入射到构建的人工微结构表面，根据需求选取所述人工微结构的入射区域，并获得相应关联结构以及相应相干长度的部分相干光束。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S10中人工微结构的相位分布公式为：