不均匀光束空间相干长度测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种不均匀光束空间相干长度测量装置及方法，属于光电检测技术领域。

背景技术

激光具有亮度高、准直度高、相干性好等优点，因此适合于激光照明、激光通讯等领域。 就激光照明而言，与部分相干的激光光源相比，高度相干的激光光源，由于高相干性产生的 干涉现象，将引起散斑现象，最终导致光强分布不均匀，因此，如采用部分相干的激光光源， 反而更有利于实现高亮度和高均匀照射。就激光通讯而言，特别在长距离传输时，部分相干 光束能够平滑掉部分湍流引起的强度起伏，光束形状也保持得更好，采用部分相干光束其光 能利用率无疑会更高。然而，部分相干也有程度之分，这一点由光的空间相干长度测量加以 确认。以使应用于不同领域的光具有更为适当的空间相干性。

光束的空间相干性本质表征的是两束光互相扰动并进行干涉的能力。基于此，现有技术 根据剪切干涉测量原理测量光的空间相干长度，例如，应用Sangac型剪切干涉仪测量太阳光 和涡旋场的空间相干性，对被测光源的每个点进行测量，获得光束的完全相干函数Γ

发明内容

为了实现不均匀光束空间相干长度的测量，本发明提供了一种不均匀光束空间相干长度 测量装置及方法，本发明同样基于剪切干涉测量原理而实现，测量装置结构简单，能够在测 量过程中测量每路光束的强度信息。

本发明之不均匀光束空间相干长度测量装置其特征在于，如图1所示，分光镜1设置在 被测光接收装置A的出射光路上，并位于被测光接收装置A后焦面之后，分光镜1的镜面法 线方向与被测光接收装置A出射光路的夹角为45°；干涉参考装置B、延迟调控装置C分别 设置在分光镜1的反射光路、透射光路上；成像装置D设置在干涉参考装置B反射的光透射 分光镜1的光路以及延迟调控装置C反射的光被分光镜1反射的光路上；在干涉参考装置B 中，参考可调光阑2位于参考角锥棱镜3前；在延迟调控装置C中，延迟可调光阑4位于延迟角锥棱镜5前，延迟角锥棱镜5固定于延迟调控驱动机构6之上，延迟角锥棱镜5能够在 延迟调控驱动机构6的驱动下在自身光轴方向上高速往复移动；参考可调光阑2、延迟可调 光阑4能够实现光的全导通和全遮断；在成像装置D中，成像透镜7位于光电探测器8前， 光电探测器8的感光面位于成像透镜7焦平面处；光电探测器8与控制与数据处理器9电连 接，控制与数据处理器9还分别与延迟调控驱动机构6、参考可调光阑2、延迟可调光阑4电 连接。

本发明之非均匀光束空间相干长度测量方法其特征在于，如图1所示：

被测光源10置于被测光接收装置A的前焦面处，由被测光接收装置A放大被测光像点； 自被测光接收装置A出射的被测光由分光镜1分束为反射光、透射光，反射光入射干涉参考 装置B，透射光入射延迟调控装置C；所述反射光由干涉参考装置B反射后再由分光镜1透 射，所述透射光由延迟调控装置C反射后由分光镜1后镜面反射，在分光镜1后镜面处所述 反射光、透射光发生干涉，之后入射成像装置D；由成像装置D将光强信号发送给控制与数 据处理器9；

在非均匀光束空间相干长度测量过程中，如图1～图3所示，由控制与数据处理器9向参 考可调光阑2、延迟可调光阑4分别发送时序信号，分别控制参考可调光阑2、延迟可调光阑 4按工作时序通光、遮光：

step 1参考可调光阑2遮光，延迟可调光阑4遮光，由光电探测器8向控制与数据处理 器9发送光强信号I

step 2参考可调光阑2遮光，延迟可调光阑4通光，由光电探测器8向控制与数据处理 器9发送所述透射光的光强I

step 3参考可调光阑2通光，延迟可调光阑4遮光，由光电探测器8向控制与数据处理 器9发送所述反射光的光强I

step 4参考可调光阑2通光，延迟可调光阑4通光，接下来：

由控制与数据处理器9向延迟调控驱动机构6发送驱动信号，延迟调控驱动机构6开始 一维作动，带动延迟角锥棱镜5在自身光轴方向上高速往复移动，在此过程中，当延迟调控 装置C与干涉参考装置B光程差为零时，光电探测器8发送给控制与数据处理器9的光强信 号为干涉强度最大值I

最后由控制与数据处理器9根据下式被测光的计算空间相干长度γ

可见，相比于现有剪切干涉仪，本发明之测量装置的结构以及测量方法的过程均比较简 单且可靠；将所述透射光的光强I

附图说明

图1是本发明之不均匀光束空间相干长度测量装置结构以及测量方法过程示意图，该图 同时作为摘要附图。

图2是在本发明之不均匀光束空间相干长度测量方法中，参考可调光阑、延迟可调光阑 二者工作时序图。

图3是在本发明之不均匀光束空间相干长度测量方法中，与参考可调光阑、延迟可调光 阑工作时序相对应，光电探测器采集并向控制与数据处理器发送的光强信号示意图。

具体实施方式

关于本发明之不均匀光束空间相干长度测量装置，需要进一步做如下说明，如图1所示：

在所述被测光接收装置A中，前正透镜11的后焦面与后正透镜12的前焦面重合，后正 透镜12的焦距大于前正透镜11的焦距，如前正透镜11的焦距f＝10mm，后正透镜12的焦距f＝20mm。被测光接收装置A在被测光源10的像传递过程中起到放大的作用，以增大光电探测器8感光面上的像点尺寸。

分光镜1的前镜面、后镜面镀被测光波段50％的增透膜，分光镜1的分光比R:T为50:50， 以等分被测光的光强。

参考可调光阑2、延迟可调光阑4由相同的光学斩波器担当，光学斩波器的遮挡口径大 于参考角锥棱镜3、延迟角锥棱镜5的有效口径；参考角锥棱镜3、延迟可调光阑4的射线偏 差均为180°，有效口径φ均为25.4mm；延迟调控驱动机构6由一维压电陶瓷作动器担当， 一维压电陶瓷作动器的有效行程为15μm，最大作动频率为14kHz。

光电探测器8由CCD、CMOS、光敏探测器或者PSD担当。

关于本发明之不均匀光束空间相干长度测量方法，需要进一步做如下说明，如图1～图3 所示：

在step 4中，延迟角锥棱镜5以7Hz的频率、一个干涉条纹宽度的调整量往复移动。

光强I