产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的方法及激光器

摘要

本发明涉及一种产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的方法及激光器，包括全反射镜（1）、工作物质（2）、激励源(10）、布儒斯特窗(3）、线偏振片(4）、半波片(5）、偏振分光镜(6） 和(15）、扩束镜(7）和( 11）、薄透镜(8）、(12）和(16）、振幅衰减片(13）、镀膜反射镜(9）和(14）、耦合输出镜(17）。将4f光学系统安置在法布里‑珀罗腔里，构成简并腔，直接输出部分相干光束；通过镀膜反射镜控制光强衰减区域的大小，改变输出光束的相干性大小；通过调节扩束镜来调节镀膜反射镜上光斑大小，控制反射模数，调节相干性；利用改进的马赫‑曾德尔干涉仪产生不一样的矢量光束；将镀膜反射镜放置在4f光学系统的频谱面处，对频谱面进行不同的调制，获得不同特殊空间关联结构分布的输出光束。

权利要求

1.一种产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的方法，其特征在于，包括步骤：

S1、利用相平行的全反射镜和耦合输出镜，以及三薄透镜构成简并腔；

S2、在简并腔内以氙灯作为激励源，使Nd：YAG中的粒子在吸收能量后实现粒子数反转，当超过其阈值后，为实现光束受激放大做好准备；

S3、将受激放大的光束经历布儒斯特窗，得部分偏振光束，再经过线偏振片，得到纯线偏振光束，之后经过半波片，通过旋转半波片来旋转线偏振光束的偏振方向；

S4、从半波片出来的光束，经过第一偏振分光镜分成透射光束和反射光束，将透射光束经扩束镜、薄透镜、镀膜反射镜到达第二偏振分光镜；将反射光束经扩束镜、薄透镜、振幅衰减片、镀膜反射镜到达第二偏振分光镜，两路光束经第二偏振分光镜矢量合成，输出矢量部分相干光束输出，最后穿过薄透镜与耦合输出镜，输出矢量特殊空间关联结构部分相干光束。

2.一种产生如权利要求1所述的矢量特殊空间关联结构低相干光束的激光器，其特征在于：包括

-构成法布里-珀罗腔的相平行的全反射镜（1）和耦合输出镜（17），所述法布里-珀罗腔里设有将其变成简并腔的第一薄透镜（8）、第二薄透镜（12）和第三薄透镜（16）；

-设置在全反射镜（1）和耦合输出镜（17）之间的偏振光束产生组件，所述偏振光束产生组件包括光源、布儒斯特窗（3）和线偏振片（4）；

-将偏振光束分成偏振方向相互垂直的两束线偏振光束、并将两束线偏振光束偏振合成矢量光束经耦合输出镜输出的改进的马赫-曾德尔干涉仪，所述改进的马赫-曾德尔干涉仪包括第一偏振分光镜（6）、所述第一薄透镜（8）、所述第二薄透镜（12）、分别位于透射光路和反射光路上的两镀膜反射镜（9、14）、以及将两镀膜反射镜反射的光束偏振合成的第二偏振分光镜（15），其中所述第一薄透镜（8）和所述第二薄透镜（12）分别位于第一偏振分光镜透射光路和反射光路上；

-所述第三薄透镜（16）设置在第二偏振分光镜（15）与耦合输出镜（17）之间，其中所述第一薄透镜（8）和所述第三薄透镜（16）构成第一偏振分光镜透射光路上的4f成像系统，所述第二薄透镜（12）和所述第三薄透镜（16）构成第一偏振分光镜反射光路上的4f成像系统。

3.根据权利要求2所述的产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的激光器，其特征在于：两所述镀膜反射镜（9、14）到位于所述第二偏振分光镜（15）合成光路上的所述第三薄透镜（16）的距离等于所述第三薄透镜（16）到所述耦合输出镜（17）的距离，并等于所述第三薄透镜（16）的焦距。

4.根据权利要求3所述的产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的激光器，其特征在于：两所述镀膜反射镜（9、14）放置在两4f光学系统的频谱面处。

5.根据权利要求4所述的产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的激光器，其特征在于：所述第一偏振分光镜（6）与其透射光路上的第一薄透镜（8）之间及与其反射光路上的所述第二薄透镜（12）之间均设有扩束镜（7、11）。

6.根据权利要求5所述的产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的激光器，其特征在于：所述改进的马赫-曾德尔干涉仪还包括设置在第一偏振分光镜（6）反射光路上的所述第二薄透镜（12）与镀膜反射镜（14）之间的振幅衰减片（13）。

7.根据权利要求6所述的产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的激光器，其特征在于：所述线偏振片（4）与第一偏振分光镜（6）之间设有半波片（5）。

8.根据权利要求2-7任一项所述的产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的激光器，其特征在于：所述光源包括使工作物质中的粒子在吸收能量后实现粒子数反转的激励源。

9.根据权利要求8所述的产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的激光器，其特征在于：所述激励源为氙灯。

10.根据权利要求9所述的产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的激光器，其特征在于：所述工作物质为Nd：YAG。

说明书

产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的方法及激光器

技术领域

[0001] 本发明涉及激光领域，尤其涉及一种产生多种矢量特殊空间关联结构低相干光束的方法及激光器，得到的光束在光学捕获、材料热处理、高质量无散斑成像、自由光通讯等方面有着重要的作用。

背景技术

[0002] 自激光出现以来，其被广泛的应用于军事、民用和科学研究等领域。激光器出来的光束被认为完全相干光束，但是严格意义上来说应该称之为高相干性光束，这也是激光四大特性之一，但是现实应用中，发现高相干性光束会给某些应用带来负面影响，因为相干性越高，在传输过程中越容易引起干涉，从而造成散斑，这对于高质量成像、激光涂敷等应用造成巨大的阻碍，所以部分相干(低相干)光束的研究成为了热门研究之一。部分相干光束经典代表是高斯谢尔模光束，其光强和空间关联结构分布(相干度分布)都为高斯型。

[0003] 近年来，具有特殊空间关联结构部分相干光束引起了研究者的巨大兴趣，因为这些光束有着许多独特的性质，比如：非均匀关联部分相干光束在传输过程中具有自聚焦特性；拉盖尔高斯关联部分相干光束经聚焦后在焦点附近产生三维囚笼；厄米高斯关联部分相干光束在传输过程中出现自分裂性质；圆对称余弦高斯部分相干光束在远场形成圆环面包圈光强分布；矩形对称余弦高斯部分相干光束在远场形成4个子光束阵列分布；广义多模高斯关联部分相干光束在远场既可以形成圆环面包圈分布，也可以形成圆对称平顶分布。这些光束的产生以及研究得益于Gori等人在理论上构建对特殊空间关联结构部分相干光束真实产生的充分条件。经蔡阳健、王飞、梅掌荣、Olga等众人对其在实验以及理论上产生以及研究，其结果可预言：这些特殊光束在粒子捕获、大气通讯、激光涂敷、信息加载解密、高质量成像等方面具有完全相干光束以及传统部分相干光束(高斯谢尔模光束)所无法替代的作用。

[0004] 长期以来，对于部分相干光束，众多研究者们都是利用标量场方法对其进行研究，但是这将忽略光束的偏振特性，从而会丢失很多有用的信息以及应用，比如现在对于有些实际应用的光通讯，就是利用光束的偏振特性，对其某个偏振方向定义为1，在垂直方向上定义为0，从而可以将信息利用二进制加载在光束的偏振特性上，在接收端对光束偏振进行探测，从而可以解码。除此之外，经学者广泛的研究表明：矢量部分相干光束在自由光通讯、高分辨成像、数据加密、光学照明等应用具有重要的价值。

[0005] 对于特殊空间关联结构部分相干光束实验产生，目前基本局限于腔外，激光器出来的基模光束通过一些光学元器件，比如空间光调制器、毛玻璃、薄透镜等元器件，即可产生想要的特殊空间关联结构部分相干光束。但是空间光调制器较高的成本价格、低阈值功率以及低效率，毛玻璃的机械抖动的不稳定性，势必对其高功率等实际应用造成阻碍，比如军事方面。

[0006] 有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种产生多种矢量特殊空间关联结构低相干光束的方法及激光器，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

[0007] 为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的方法及激光器，直接输出来的光束即为矢量特殊空间关联结构部分相干光束，所产生的矢量特殊空间关联结构部分相干光束在粒子捕获、激光涂敷、自由光通讯，信息加载解密、高质量成像等方面有着广泛的应用前景。

[0008] 本发明的产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的方法，包括步骤：

[0009] S1、利用相平行的全反射镜和耦合输出镜，以及三薄透镜构成简并腔；

[0010] S2、在简并腔内以氙灯作为激励源，使Nd：YAG中的粒子在吸收能量后实现粒子数反转，当超过其阈值后，为实现光束受激放大做好准备；

[0011] S3、将受激放大的光束经历布儒斯特窗，得部分偏振光束，再经过线偏振片，得到纯线偏振光束，之后经过半波片，通过旋转半波片来旋转线偏振光束的偏振方向；

[0012] S4、从半波片出来的光束，经过第一偏振分光镜分成透射光束和反射光束，将透射光束经扩束镜、薄透镜、镀膜反射镜到达第二偏振分光镜；将反射光束经扩束镜、薄透镜、振幅衰减片、镀膜反射镜到达第二偏振分光镜，两路光束经第二偏振分光镜矢量合成，输出矢量部分相干光束输出，最后穿过薄透镜与耦合输出镜，输出矢量特殊空间关联结构部分相干光束。

[0013] 本发明的产生矢量特殊空间关联结构低相干光束的激光器，包括

[0014] -构成法布里-珀罗腔的相平行的全反射镜(1)和耦合输出镜(17)，所述法布里-珀罗腔里设有将其变成简并腔的三薄透镜(8、12、16)；

[0015] -设置在全反射镜(1)和耦合输出镜(17)之间的偏振光束产生组件，所述偏振光束产生组件包括光源、布儒斯特窗(3)和线偏振片(4)；

[0016] -将偏振光束分成偏振方向相互垂直的两束线偏振光束、并将两束线偏振光束偏振合成矢量光束经耦合输出镜输出的改进的马赫-曾德尔干涉仪，所述改进的马赫-曾德尔干涉仪包括第一偏振分光镜(6)、两所述薄透镜(8、12)、分别位于透射光路和反射光路上的两镀膜反射镜(9、14)、以及将两镀膜反射镜反射的光束偏振合成的第二偏振分光镜(15)，其中两薄透镜(8、12)分别位于第一偏振分光镜透射光路和反射光路上；

[0017] -所述薄透镜(16)设置在第二偏振分光镜(15)与耦合输出镜(17)之间，其中薄透镜(8、16)构成第一偏振分光镜透射光路上的4f成像系统，薄透镜(12、16)构成第一偏振分光镜反射光路上的4f成像系统。

[0018] 进一步的，两所述镀膜反射镜(9、14)到位于所述第二偏振分光镜(15)合成光路上的薄透镜(16)的距离等于薄透镜(16)到所述耦合输出镜(17)的距离，并等于薄透镜(16)的焦距。

[0019] 进一步的，两所述镀膜反射镜(9、14)放置在两4f光学系统的频谱面处。

[0020] 进一步的，所述第一偏振分光镜(6)与其透射光路上的薄透镜(8)之间及与其反射光路上的薄透镜(12)之间均设有扩束镜(7、11)。

[0021] 进一步的，所述改进的马赫-曾德尔干涉仪还包括设置在第一偏振分光镜(6)反射光路上的薄透镜(12)与镀膜反射镜(14)之间的振幅衰减片(13)。

[0022] 进一步的，所述线偏振片(4)与第一偏振分光镜(6)之间设有半波片(5)。

[0023] 进一步的，所述光源包括使工作物质中的粒子在吸收能量后实现粒子数反转的激励源。

[0024] 进一步的，所述激励源为氙灯。

[0025] 进一步的，所述工作物质为Nd：YAG。

[0026] 借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

[0027] 1、可直接输出矢量特殊空间关联结构部分相干光束，不需腔外繁琐调制，运输携带方便，对于其应用提供了很大的便捷；

[0028] 2、将4f光学系统安置在由两个平行的全反射镜和耦合输出镜所构成的法布里-珀罗腔，即构成简并腔，所有的模式都是本征模，即此光学腔可支持多模，从而直接输出部分相干光束，可利用镀膜反射镜上的镀膜对光强衰减区域的大小(起到光阑左右)来控制模数，从而改变输出光束的相干性大小，模数越多，输出光束的相干性越低，除此之外，可以通过调节扩束镜来调节镀膜反射镜上光斑大小，以来实现反射模数的控制，同样可实现相干性的调节；

[0029] 3、利用改进的马赫-曾德尔干涉仪将光束分成两束，然后相干叠加，来便捷的产生矢量光束，可通过对扩束镜与振幅衰减片的控制，来获得不同的相干叠加的效果，可输出不一样的矢量光束；

[0030] 4、将镀膜反射镜放置在4f光学系统的频谱面处，可以在平面镜上镀不同振幅性衰减膜，基于Van Cittert Zernike原理，可对频谱面进行不同的调制，可以获得不同特殊空间关联结构分布的输出光束；

[0031] 5、现有技术中，腔外产生矢量特殊空间关联结构部分相干光束，器件较杂多，调制较繁琐，实验中一般都采用液晶空间光调制器，由于其价格相对较高、损伤阈值较低以及低效率，对于部分相干光束的实现，是借助于旋转的毛玻璃，但是其具有机械抖动不稳定性，并且在实验上，其相干性可调控范围较窄，这对其光束的实际应用，特别军事应用，造成了极大的障碍；而本发明的光腔内不采用液晶空间光调制器，所以可产生高功率光束，对于部分相干光束的形成以及相干性的调控，是基于此光腔可支持众多的模式，通过对腔内模数的调控，可实现相干性调节，并且可调节区域较大，从完全相干到完全非相干；且本发明的装置结构简单紧凑，采用的元器件易采购，价格相对低廉，有着巨大的潜在应用价值。

[0032] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

[0033] 图1为本发明的装置的结构示意图；

[0034] 图2为本发明中布儒斯特窗工作原理图；

[0035] 图3为本发明中偏振分光镜工作原理图；

[0036] 图4为本发明中4f光学系统示意图；

[0037] 图5为本发明中镀膜反射镜列举示意图；

[0038] 图6为本发明中输出光束相干度分布列举示意图。

具体实施方式

[0039] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0040] 参见图1，在本发明中，一种产生矢量特殊空间关联部分相干光束的激光器，包括全反射镜1、工作物质2、激励源10、布儒斯特窗3、线偏振片4、半波片5、偏振分光镜6和15、扩束镜7和11、薄透镜8、12和16(三个薄透镜是完全一样的，并具有f的焦距)、振幅衰减片13、镀膜反射镜9和14、耦合输出镜17，其中布儒斯特窗的法线与光腔的轴线构成的夹角为布儒斯特角。

[0041] 本发明的产生矢量特殊空间关联结构部分相干光束的方法包括以下步骤：

[0042] S1、利用相平行的全反射镜和耦合输出镜，以及三薄透镜构成简并腔，即由4f光学系统(由两个完全一样的薄透镜构成)安置在法布里-珀罗腔里，构成简并腔，即腔内可支持众多模式，实现部分相干光束输出，甚至完全非相干光束，在4f光学系统频谱面处，放置镀膜反射镜来进行光强整形，基于Van Cittert Zernike定理，可以通过更换不同的镀膜反射镜(不同透过率函数分布以及大小的镀膜反射镜)来实现不同空间关联结构部分相干光束输出；

[0043] S2、氙灯作为激励源，使得工作物质(Nd：YAG)中的粒子在吸收能量后实现粒子数反转，当超过其阈值后，为实现光束受激放大做好准备；

[0044] S3、当受激放大的光束经过布儒斯特窗得到部分偏振光束，再经过线偏振片，从而得到纯线偏振光束(滤去杂散偏振光)，之后经过半波片，通过旋转半波片来旋转线偏振光束的偏振方向；

[0045] S4、从半波片出来的光束，经过第一偏振分光镜分成两束(透射光束和反射光束)，在透射光路上，光束经扩束镜、薄透镜、镀膜反射镜到达第二偏振分光镜；在反射光路，光束经扩束镜、薄透镜、振幅衰减片、镀膜反射镜，到达第二偏振分光镜，两路光束经第二偏振分光镜矢量合成，输出矢量部分相干光束，最后穿过薄透镜与耦合输出镜，输出矢量特殊空间关联结构部分相干光束。

[0046] 具体过程为：激励源10给工作物质2提供能量，粒子在吸收能量后，其从低能级向高能级跃迁，造成粒子数反转，为受激放大做好准备。当光束通过工作物质2后，其经历受激放大。当放大的光束(是非偏振光束)经历布儒斯特窗3，可得部分偏振光束，如图2所示。

[0047] 参见图2，当一束非偏振光束沿着光腔轴线以布儒斯特窗对应的布儒斯特角(θ＝arctann2/n1，n1为环境的折射率，n2为该布儒斯特窗材料的折射率，则θ为该布儒斯特窗所对应的布儒斯特角，又称之为起偏振角)为入射角入射到布儒斯特窗，那么反射的光束是线偏振光束，并且其偏振方向垂直于入射面，称之为S光，经过布儒斯特窗透射的光束，为部分偏振光束，其含有大部分平行于入射面的偏振分量(称之为P光)，以及少量的垂直于入射面的S光。这意味着S光在谐振腔内，其损耗将大于通过增益介质所得到的增益，因而无法形成振荡。最后的结果就是，能够真正在谐振腔受激辐射放大的为P光，最后从光腔输出的激光只含有P光，形成线偏振光束。

[0048] 从布儒斯特窗3出来的部分偏振光束，经过线偏振片4，得到完全线偏振光束，其中线偏振片4的偏振透射方向应调至到与布儒斯特窗3出来的P光平行，满足P光全部通过，而S光被过滤。调节线偏振片4的偏振透射方向与布儒斯特窗3出来的P光偏振方向相互平行的方法是：在线偏振片4后放置分束镜，以引出一束光束至腔外，利用光功率探测器探测引出光束光强的大小，通过旋转线偏振4，引出光束的光强发生变化，其中光强最大的时候，线偏振片4的透射方向即满足与布儒斯特窗3出来的P光平行。

[0049] 从线偏振4出来的线偏振光，垂直通过半波片5，通过旋转半波片5来改变从其透射出线偏振光束的偏振方向。从半波片5透射出来的线偏振光束经过第一偏振分光镜6，可得到偏振方向与传输方向相处垂直的两束线偏振光束，如图3所示，其中从第一偏振分光镜6透射一路的线偏振光束(假定为x方向偏振)，通过扩束镜7和薄透镜8，并经镀膜反射镜9反射后，到达第二偏振分光镜15；而从第一偏振反光镜6反射一路的另一线偏振光束(假定为y方向偏振)，通过扩束镜11、薄透镜12和振幅衰减片13，并经镀膜反射镜14反射后，到达第二偏振分光镜15；第一偏振分光镜6透射光路与反射光路上，两束偏振方向相互垂直的线偏振光束经第二偏振分光镜15偏振合成以后，可得矢量光束，其中偏振分光镜6和15、扩束镜7和11、薄透镜8和12、振幅衰减片13，以及镀膜反射镜9和14构成了改进的马赫-曾德尔干涉仪。

[0050] 对于上述步骤中，通过旋转半波片5来改变出射线偏振光束的偏振的角度，从而可以实现对从第一偏振分光镜6出来的两路光束的光强进行调节；在反射光路上，安置了振幅衰减片13，可对单光路的光束进行振幅衰减。振幅衰减片13与半波片5可精确的控制两路光束光强的大小，从而实现电场x方向与y方向耦合的程度，控制矢量光束特性。

[0051] 本发明的装置采用的是4f成像系统安装在法布里-珀罗腔，构成简并腔。其中薄透镜8和16将构成第一偏振分光镜6透射光路(x方向偏振光路)上的4f成像系统，而薄透镜12和16将构成第一偏振分光镜6反射光路(y方向偏振光路)上的4f成像系统。基于两个4f成像系统，全反射镜1将成像于耦合输出镜17，同样耦合输出镜17将成像于全反射镜1处，如图4所示，这就意味着所有的模式在经历一个完整的传输(比如：从全反射镜1出发，经耦合输出镜17反射后再到全反射镜1)，都能再现自己，即模式的自再现，所以所有的模式都是此腔的本征模，这就说明此光腔为简并腔。因为此光腔可支持众多的模式，所以光腔可直接输出低相干性光束，可以通过控制模数，来调节输出光束的相干性高低，模数越多，输出的相干性越低。

[0052] 本发明的光腔中，镀膜反射镜9和14分别安置在两个偏振路径(第一偏振分光镜6的透射光路与反射光路)的4f系统频谱面处，如图4所示。对于镀膜反射镜9和14，是在平面全反射镜上镀有不同反射率分布的膜，起到对光强进行整形的作用，如图5所示，其反射率可实现从0％到100％(不考虑吸收损耗等)，对应从黑色到白色区域。通过在全反射平面镜上镀不同分布反射率的膜，来获得对光强不同的整形效果。

[0053] 对于相干性大小的调控，即模数的调控，是基于镀膜反射镜9和14来实现，这是因为由于镀膜反射镜9和14的镀膜因素，有些区域可反射，有些区域无法反射，这样意味着镀膜分布的大小以及形状会影响通过镀膜反射镜9和14模式的数量，以此可实现相干性的调控，这个与经典的腔内光阑选模的作用异曲同工之妙。

[0054] 在本发明中，选取镀膜反射镜9和14上的镀膜分布较大，以致满足能从镀膜反射镜9和14可以支持反射的模式较多，从而实现在镀膜反射镜9和14反射前，该光束可以认为是完全非相干光束，并且光强分布为均匀分布。即在空间—频谱域中，此光束的交叉谱密度函数表达式可以表示为：

[0055] J0(r1,r2)＝1·δ(r1-r2)，

[0056] 其中，r1，r2为频谱处点的矢量位置；δ为狄拉克函数，只有当满足r1＝r2时，等于1，其余情况都为0。其中因为光强分布是均匀的，所以是1，而因为是完全非相干，所以关联函数可以用狄拉克函数表示。

[0057] 镀膜反射镜9和14对入射的光束起到振幅调制的作用，假设其对光强调制函数为f(r1,r2)，则经镀膜反射镜9和14反射后，其出射光束的交叉谱密度函数可以写为：

[0058] J1(r1,r2)＝f(r1,r2)J0(r1,r2)＝f(r1,r2)δ(r1-r2)＝f(r1)，

[0059] 此光束仍为完全非相干光束。

[0060] 从镀膜反射镜9和14反射出来的完全非相干特定光强分布(就是镀膜反射镜的反射率分布)的光束，经薄透镜16，最后到达耦合输出镜17上，因为镀膜反射9和14到薄透镜16的距离等于薄透镜16到耦合输出镜17的距离，并等于薄透镜16的焦距f。在这个传输过程中，借助传输矩阵ABCD法则去表示，并利用柯林公式，可研究到达耦合输出镜17光束的光学性质，其中对于这个过程传输矩阵ABCD可以表示为：

[0061]

[0062] 其中柯林公式为：

[0063]

[0064] 根据这个传输过程对应的ABCD值，其柯林公式可化简为：

[0065]

[0066] 上式即为傅里叶变化公式，其中J1(r1,r2)为镀膜反射镜9和14反射后光束的交叉谱密度函数，将其结果代入上式，可得：

[0067]

[0068] 这个也就是Van Cittert Zernike理论，通过上式表明，达到耦合输出镜17光束的交叉谱密度函数可以表示镀膜反射镜反射率分布函数f(r1)的傅里叶变化，并乘以一个系数，其中对f(r1)的傅里叶变化后的结果只与ρ2-ρ1的值有关，所以这个结果为空间关联函数(相干度分布函数)，为谢尔模型。

[0069] 通过对上式研究，得到在耦合输出镜17处的光束具有以下特性：

[0070] 1、光束的光强分布为均匀分布；

[0071] 2、光束的相干度分布为镀膜反射镜9和14镀膜反射率分布函数的傅里叶变化。

[0072] 因此，这个就意味着，可以通过在全反射平面镜上镀有不同反射率分布的膜，来实现从耦合输出镜17输出不同空间关联结构分布的部分相干光束，如图6所示(与图5上下一一对应)。

[0073] 利用上面相干合成产生矢量光束的马赫-曾德尔干涉仪，可以实现从该激光器装置直接输出矢量不同空间关联结构分布的部分相干光束，因为空间关联结构分布可实现非高斯，所以称之为特殊空间关联结构分布。

[0074] 其中在改进的马赫-曾德尔干涉仪中，扩束镜7和11，可连续调节光斑大小，从而实现在薄透镜8和12焦点处镀膜反射镜9和14光斑的大小。从扩束镜7和11出来的光斑尺寸越大，聚焦到镀膜反射镜9和14的光斑尺寸越小。假设镀膜反射镜9和14的镀膜大小和形状不变，那么聚焦到镀膜反射镜7和14的光斑越小，则通过的模式数越多，表明从耦合输出镜17输出的光束相干性越低。这就意味着，可通过扩束镜7和11对输出相干性进行调控。除此之外，通过扩束镜7和11对两路光束光斑尺寸进行调控，实现对电场x方向与y方向耦合程度的调制，从而改变光束矢量特性。

[0075] 本发明的产生矢量特殊空间关联结构部分相干光束的方法及激光器，其中矢量的实现是基于改进的马赫-曾德尔干涉仪。其中扩束镜7和11、振幅衰减片13以及半波片5可调控电场x方向与y方向之间的耦合程度，可改变光束的矢量特性；对于部分相干光束的实现，是基于在法布里-珀罗腔里安置4f光学系统，来构成简并腔。这个光腔可支持众多的模式，模数越多，则从该激光器输出的光束相干性越低；利用扩束镜7和11来调节4f光学系统频谱面处(镀膜反射镜9和14处)光斑大小，来实现对输出光束相干性的高低的控制。除此之外，对于镀膜反射镜9和14，通过选择不同反射率分布区域的大小，来控制反射光斑的大小，从而实现对模数的控制，最终控制输出相干性的大小；对于特殊空间关联结构分布的实现，是基于Van Cittert Zernike理论，对于完全非相干光束，其经过傅里叶变化传输后，光束的关联函数是该完全非相干光束光强的傅里叶变化。所以在镀膜反射镜9和14上镀不同反射率分布的膜，来实现对入射光束的光强整形。而镀膜反射镜9和14到薄透镜16的距离等于薄透镜16到耦合输出镜17的距离，并等于薄透镜16的焦距，这个光学系统可实现傅里叶变化光学传输。所以选择不同反射率分布的镀膜反射镜9和14，来获得不同的空间关联结构分布的部分相干光束的输出。之所以称之为特殊空间关联结构分布，是因为本发明可实现除经典高斯式的空间关联结构分布之外，还可实现非高斯分布。

[0076] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。