基于横向剪切干涉测量光场空间相干性的研究

论文摘要

完全相干光场与完全非相干光场只是部分相干光场的两个极端情况,实际光场总是部分相干的。近年来,部分相干光场由于具有自修复,自聚焦,自分裂等特殊性质,越来越受到人们关注。作为部分相干光场的重要参量之一,空间相干性描述了光场两个点之间光振动的关联程度。如何测量空间相干性一直是部分相干光研究的重要课题之一,本文提出了一种基于空间调制器的横向剪切干涉方法,用于测量光场的空间相干性。横向剪切干涉装置是一种利用物光波与其复制光波进行干涉的自干涉装置,并且物光波与复制光波之间有一个横向的错位。横向剪切干涉装置一般用于测量相干光场的相位信息,事实上,借助于傅里叶变换条纹分析法,它还能测量部分相干光场的空间相干性。然而,传统的横向剪切干涉系统需要引入机械移动实现物光波和其复制光波的横向错位,因此会影响实验的测量。为了克服上述缺陷,我们提出了一种基于4f系统和空间光调制器相结合的横向剪切干涉系统,可以便捷地测量不同间隔两点间的光场相关性。在该系统中,位于4f系统输入平面的衍射光栅将入射的待测光波分成多个衍射级次,空间滤波器通过其中的±1级次,从而得到两个复制光波。在4f系统傅里叶平面上放置相位型空间光调制器,利用加载的复合闪耀光栅可以控制两个复制光波的横向错位,横向错开的间距通过调节闪耀光栅的周期进行控制。最后,通过对输出平面上记录的干涉图进行傅里叶变换条纹分析,我们就能得到待测光场的空间相干性分布。此外,通过改变空间光调制器上闪耀光栅的闪耀方向,我们的干涉装置可以测量光场相干性沿不同方向的分布。该方法不仅能测出表达相干性量度的复相干度的绝对值(模)的分布,同时也获得了复相干度的相位值。本文给出了利用该装置分别测量具有圆对称和非圆对称光场的空间相干性实验结果,我们发现实验测量结果与理论模拟数据基本一致,证明了该测量系统的可行性。相比传统的横向剪切干涉装置,我们的装置中横向剪切量的调控基于电脑控制,没有引入机械移动,因此相干性的测量更便捷并且测量结果更准确。另外,我们提出的横向剪切干涉系统是一种共光路的光学测量装置,对环境的抗干扰性更强,有利于测量方法的实用化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 部分相干光场概述
•   1.2 横向剪切干涉测量术的背景
•   1.3 空间光调制器简介
•   1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 部分相干光的理论
•   2.1 部分相干光的基础知识
•     2.1.1 互相干函数和复相干度
•     2.1.2 交叉谱密度和光谱相干度
•     2.1.3 谢尔模型光束
•   2.2 部分相干光的产生与传播
•     2.2.1 部分相干光的产生
•     2.2.2 部分相干光的传播
•   2.3 部分相干光的特性与应用
•   2.4 相干度的测量方法
•   2.5 本章小结
• 第三章 横向剪切干涉
•   3.1 一种改进的横向剪切干涉装置
•   3.2 傅里叶变换条纹分析法
•   3.3 干涉装置的误差分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 空间相干性的实验测量
•   4.1 光学实验系统
•   4.2 实验结果
•     4.2.1 圆对称光场的相干度测量
•     4.2.2 非圆对称光场的相干度测量
•     4.2.3 实验误差分析
•   4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 潘鲁平

导师: 丁剑平

关键词: 空间相干性,横向剪切干涉,空间光调制器,衍射光栅,条纹分析

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 南京大学

分类号: O436.1

总页数: 52

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