孪生光束干涉法测量光源的空间相干性-物理学报.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 21 (2013) 214203 孪生光束干涉法测量光源的空间相干性* † 满天龙 万玉红 江竹青 王大勇 陶世荃 ( 北京工业大学, 微纳信息光子技术研究所, 北京 100124 ) ( 北京工业大学应用数理学院, 北京 100124 ) ( 2013 年6 月6 日收到; 2013 年6 月27 日收到修改稿) 定量测定光源空间相干性在部分相干光成像, 非相干全息术及光信息处理领域具有重要的研究价值. 本文基于 三角全息干涉光路提出了一种测量光源空间相干性的新方法. 利用三角干涉全息光路系统中分束镜产生的孪生光 束进行干涉获得干涉图, 通过调整光源中心位置在写入平面内偏离光轴的量, 改变两孪生光束空间分离量的大小, 采集对应的一系列干涉图, 计算干涉图样的对比度, 从而对光源照明空间的波前上一系列不同距离的点对之间的空 间复相干度进行测量. 实验系统光路配置较为简单且不需要使用特殊加工的光学元件. 针对一个准单色的扩展光源 设计并进行实验, 结果表明利用文中提出的方法可以准确的测量光源的空间相干性, 实验结果相对于理论计算值的 误差仅为3.8%. 关键词: 相干性, 全息干涉, 干涉仪, 光学应用 PACS: 42.25.Kb, 42.40.Kw, 07.60.Ly, 42.40.My DOI: 10.7498/aps.62.214203 干度, 如果参与干涉的两束光波强度相等, 则空间 1 引言 复相干度的大小等于两个次波源发出的光波之间 的干涉图样的对比度, 位相等于两个次波源发出的 了解与测量某一光场的空间相干性在许多实 11 光波之间的干涉图样的位相 . 际应用领域中有重要的研究价值. 在光信息处理领 现有的测量光源空间复相干度的方法大多基 域, 需要定量的测定信号光场的空间相干性, 以便 于杨氏双孔干涉仪的基本原理1215 , 虽然可以实 1 实现对于滤波器的优化设计 ; 在太阳能收集领域, 现空间复相干度的精确测量, 但是这些方法中需要 为了提高孔径天线的耦合效率, 需要对阳光的空间 12 使用一些特殊元件, 如纳米孔径阵列 、横向剪 相干性进行精确的测量24 ; 在激光雷达成像以及 915 16 切板 或位相掩膜 , 限制了这些方法的广泛 自由空间光通信领域, 根据定量测量到的受大气湍 应用. 本文提出了用于定量测量准单色扩展光源空 流影响的激光或部分空间相干光信号的空间相干 间复相干度的孪生光束干涉法. 该方法基于三角干 性, 可以实现系统的优化设计以提高雷达的探测精 涉仪的基本原理, 考察非轴上光源发出的光束经过 度或提高自由空间光通信的通信质量 57 ; 此外, 分束后的两束光波所形成的干涉图样的对比度随 还可以通过测量光场的空间相干性实现全息记录 光源中心位置的变化, 从而对分波面上间隔不同的 以及全息图的非相干再现810 . 对于给定线度为b