光子学报
2022, 51(12): 1214001
1 山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250358
2 苏州大学物理科学与技术学院, 江苏 苏州 215006
高空间相干性是激光束的重要属性之一,在很多实际应用中,低相干性激光束即部分相干光束表现出独特的优越性,如关联成像(“鬼”成像)、亚瑞利成像、大气激光通讯、微粒操控、激光探测、微粒散射等。传统的部分相干光束具有高斯关联相干结构,近年来,对部分相干光束相干结构的调控引起了学者的广泛关注,具有非高斯关联相干结构的新型部分相干光束展现出很多奇异的特性,如自整形、自聚焦、自分裂、超强自修复等。调控激光相干结构可以用来有效地抵抗大气湍流引起的扰动、测量涡旋光束的轨道角动量、突破衍射极限以及实现纵向光场整形等。介绍了激光相干性调控研究进展,阐述了一种新颖的光束调控方法。
空间相干性 相干结构调控 关联成像 自修复 spatial coherence manipulation coherence structure correlated imaging self-reconstruction
以杨氏双缝实验为基础, 探究了光源空间相干性对干涉的影响情况。首先将光源空间展宽问题等效为平行光照射具有宽度的双缝的问题, 再将两缝近似为离散化的多个次光源点阵列, 每相邻点间距非常微小。从光矢量叠加原理出发推导出一种算法, 该算法以两缝中每一对次光源点作为干涉单元, 分别求出各单元在每一个观测点处的干涉光强, 再对所有单元的干涉光强线性叠加, 算出观测点的总光强。最后利用Matlab模拟出不同缝宽下, 单色平行光、高斯光谱、矩形光谱分别垂直照射双缝时的光强分布情况。通过模拟结果的对比发现, 双缝展宽对条纹衬比度的影响远甚于光谱展宽。所提算法简化了计算过程, 也极大地提高了程序运行速度。
物理光学 空间相干性 杨氏干涉 双缝展宽 Matlab仿真 激光与光电子学进展
2017, 54(9): 092601
1 中国科学院武汉物理与数学研究所,波谱与原子分子物理国家重点实验室, 湖北 武汉 430071
2 中国科学院原子频标重点实验室, 湖北 武汉 430071
3 中国科学院大学, 北京 100049
利用一维光学驻波场产生的相位光栅对静磁阱中相变温度以上超冷原子气体的一阶相干性质进行研究。 理论计算了热原子的干涉图样,实验获得了相变温度以上超冷原子气体的干涉图样。通过比较理论和实验原 子气体干涉图样的对比度发现:当超冷原子气体温度非常接近相变温度时,原子气体的相干性明显好于热 原子的相干性;随着温度的升高,原子气体的相干性逐渐减弱,最终与热原子的相干性完全相同。
量子光学 一阶空间相干性 对比度 相变温度 quantum optics first-order spatial coherence contrast phase transition temperature
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
本文归纳了基于分波前干涉原理的具有代表性的干涉测量方法--杨氏双孔干涉法、逆波前杨氏干涉法和非冗余孔径阵列干涉测量法, 以及基于分振幅干涉原理的干涉测量方法--自参考干涉测量法; 介绍了各种测量方法的工作原理、实验配置; 比较了4种测量方法的优缺点, 并给出每种方法的最佳应用领域。本文结论可为根据对空间相干性测量的不同要求, 选择合适的测量方法提供初步参考。
空间相干性 杨氏干涉法 逆波前杨氏干涉法 非冗余孔径干涉法 自参考干涉法 spatial coherence Young interference method reversed-wavefront Young interference method nonredundant array interference method self-referencing interference method
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100039
随着超连续谱激光技术水平的发展,超连续谱激光在大气传输中的应用越来越广泛。在实际应用中,大气与超连续谱光波相互作用,导致光强衰减、光传播方向偏 折及光斑特征变化等,这些大气传输效应对超连续谱激光应用的影响是两方面的,一方面既影响了超连续谱激光的能量传输和成像效果,另一方面可以利用大气对 超连续光谱的吸收特性进行大气多成分的同时测量。因此,只有在充分研究超连续谱激光的大气传输特性基础上才可能更好地开展超连续谱激光的应用研究。 从目前超连续谱激光技术、超连续谱激光的空间相干特性、大气对超连续谱的吸收和湍流效应影响等方面介绍了超连续谱激光大气传输研究的现状,提出了应进 一步深入研究的问题,并对未来的工作予以展望。
超连续谱 大气传输 空间相干性 湍流 supercontinuum propagation in atmosphere spatial coherence turbulence 大气与环境光学学报
2015, 10(6): 445
山东理工大学电气与电子工程学院, 山东 淄博 255049
光纤探头将发射光纤、接收光纤及自聚焦(GRIN)透镜集成为一体,可替代传统动态光散射装置的光路系统,能有效提高空间相干性,但目前尚缺乏光纤探头结构参数的最优设计方法.依据动态光散射光路系统空间相干性的要求,分析了光纤探头的结构参数,给出了优化设计的方法,确定了光纤探头两透镜间距和夹角的最佳取值范围.实验结果表明：光纤探头两透镜夹角为19°,间距为1.5 mm 时,可满足光路系统空间相干性的要求,接收信号的信噪比最高,相关函数的截距达到0.83,使用最优拟合累积分析法反演的颗粒平均直径相对误差小于2%.
光学设计 散射 光纤探头 空间相干性 散射角 单模光纤 自聚焦透镜
华侨大学信息科学与工程学院, 福建 泉州 362021
基于部分相干光理论研究了非相干单色LED光源的空间相干特性对无衍射Bessel光束形成的影响。部分相干光经过轴棱锥，光强分布函数中出现了高阶的Bessel函数项，其光强为各阶Bessel函数的线性叠加。数值模拟了部分相干光通过轴棱锥后的光场分布，发现空间相干长度越小，高阶项造成的影响越大，所形成的光束与理想Bessel光束的差异越明显，暗环处光强不再为零，截面光强分布图越模糊。通过一套可调控光束空间相干长度的实验室装置，产生了较为理想的Bessel光束，实验结果与理论模拟相符。
激光光学 贝塞尔光束 LED光源 部分相干光 空间相干性
1 三明学院物理与机电工程学院, 福建 三明 365004
2 华侨大学信息科学与工程学院, 福建 厦门 361021
基于van Cittert-Zernike定理，从理论上计算出大功率单色发光二极管(LED)辐出光，在空间中传输后的空间相干性分布。计算结果表明，自发辐射的LED光源其辐射光在空间中传输后，由非相干光变为部分相干光，且其空间相干性与LED芯片的结构有关。实验上采用双缝干涉对LED辐射光的空间相干性进行测量，由干涉条纹的可见度与两点间的相干度之间的关系得出，非相干LED光源的辐射光在传输后为部分相干光。而采用间隔可调的双缝干涉测量两点间的相干度后发现，LED的芯片发光区域决定了其辐射光在传输中的空间相干性分布。理论计算的空间相干性分布与实验测量结果基本吻合。
发光二极管 空间相干性 部分相干光 芯片结构
为了研究不同天顶角、传输距离、光源相干性以及湍流外尺度对接收面光束空间相干度的影响,采用广义惠更斯-菲涅耳原理和相位结构函数的平方近似,并运用张量积分的方法,得到了部分相干平顶光束通过斜程湍流大气传输后接收面光束空间相干度的解析表达式。结果表明,传输距离较短时,该光束空间相干度随两点距离的增加出现振荡现象,而传输距离较长时振荡现象消失;当传输距离给定时,天顶角越大,光束空间相干度的有效宽度相对较短。初始相干长度较短的该类光束其空间相干度的宽度不随传输距离的增加而减小;长距离传输后,光束空间相干性与光束初始相干长度不再有关。
大气与海洋光学 部分相干平顶光束 空间相干性 斜程传输 atmospheric and ocean optics partially coherent flat-topped beam spatial coherence slant propagation
