1 苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006
2 山东师范大学物理与电子科学学院，山东 济南 250358
回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展，重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性；结合纳米光子学的发展，将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场，给出了三维部分相干矢量光场的相干与偏振表征，分析了部分相干紧聚焦矢量光场中的三维偏振结构，包括偏振维度、三维非寻常偏振态、自旋角动量结构等。研究表明相干性在赋予了矢量结构光场新颖自由度的同时，导致了二维矢量光束的鲁棒传输特性以及紧聚焦矢量光场新型三维偏振结构。
部分相干光场 矢量光场 光场调控 相干与偏振 光场相干结构调控 光学学报
2024, 44(10): 1026007
1 太原科技大学应用科学学院，山西 太原 030024
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
基于Collins公式推导了扭曲椭圆高斯谢尔模光束在经过高斯吸收型障碍物后传输的场分布解析表达式，得到了一种有效增强光束自修复能力的基础扭曲光束模型，分析了光源各参数对光束自修复特性的影响，揭示了光束强度、相干度和轨道角动量通量密度在被障碍物部分遮挡后传输的规律以及三者之间的内在联系，解释了扭曲光束自修复特性的内在原理。研究表明，适当减小相干长度和扭曲因子可以在保留扭曲光束特性的同时增强光束的自修复能力。该研究结论有助于优化部分相干光在自由空间传输的整体性能，在自由空间光通信、激光雷达、遥感成像等领域具有潜在的应用价值。
相干光学与统计光学 激光传输 部分相干光 扭曲相位 轨道角动量 自修复 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1703001
季华实验室光电科学与技术研究部，广东 佛山 528200
应用于激光剥离、激光退火、激光转移等领域的大功率纳秒紫外激光器的输出激光通常是强度分布不均匀的部分相干光，为满足精密加工的高均匀度要求，开展了基于成像型微透镜阵列的紫外激光匀化技术研究。利用伪模分解理论和角谱衍射传输算法，建立了快速计算部分相干光通过微透镜阵列匀化系统的数值模型，并以准分子激光为仿真光源，通过对离焦量、阵列间距等参数的分析，确定了最佳设计参数，实现了边缘锐利的高均匀度方形光束输出。此外，详细讨论了微透镜阵列失调对光束形貌和均匀度的影响，并通过实验说明了理论设计的可靠性和参数影响分析的准确性。
激光光学 紫外激光 部分相干光 激光匀化 微透镜阵列 失调 光学学报
2023, 43(10): 1014005
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 250014
2 苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006
结构光场的空域调控包括振幅、相位、偏振、相干度等丰富自由度，对其自由度的单一或联合调控引发了一系列新奇物理效应，在新型结构光场构建及多种领域中具有重要应用。相比于完全相干光场，部分相干光场在抵抗散斑噪声和大气湍流扰动等方面具有独特优势。近年来，具有新型相干结构的部分相干光束在大气传输、光学加密与成像、信息鲁棒传输、高质量光束整形等领域有着重要研究价值。本文详细综述了具有新型相干结构部分相干光场的理论构建与实验合成的研究进展，并重点介绍了新型相干结构光场在复杂环境中的鲁棒传输特性及其在光学加密、成像、鲁棒信息传输及光束整形中的应用研究进展。研究表明，新型相干结构光场调控不仅提供了一种有效抵抗复杂环境扰动的有效手段，而且丰富了光场调控技术在多种领域中的应用。最后，对新型相干结构调控技术发展趋势及潜在应用前景进行了展望。
光场调控 部分相干光场 相干结构调控 light manipulation partially coherent light coherence structure engineering
1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 湖南理工学院信息科学与工程学院信息光子学与空间光通信湖南省重点实验室，湖南 岳阳 414006
利用环形艾里振幅调制部分相干光（PCB），解决PCB的光束扩散问题，并研究了艾里函数尺度因子、截断孔径和相干长度对光束自聚焦距离和聚焦强度的影响，以及部分相干环形艾里光束在湍流环境中的闪烁指数。研究结果表明：通过调制环形艾里振幅可以控制PCB的聚焦距离，并在保留PCB对抗湍流影响、减轻光强闪烁的同时减少光束发散，聚焦点处光强闪烁较原本PCB得到进一步降低。
物理光学 湍流光学 激光传输 激光光束特性 环形艾里部分相干光 自聚焦 光束调控 光学学报
2022, 42(20): 2026002
西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西 西安 710048
利用大气湍流传输理论和部分相干光交叉谱密度函数，研究了部分相干光-光纤阵列的耦合效率，分析了光源相干度、透镜阵列子孔径数N、传输距离、湍流强度和波长对耦合效率的影响。仿真结果表明，透镜阵列可以很好地抑制光源相干度的下降和大气湍流对部分相干光-光纤阵列耦合效率的影响。在等效接收口径一致时，增加N可以有效提高部分相干光-光纤阵列的耦合效率。当N=37、传输距离大于3 km时，耦合效率变化曲线趋于稳定。对于波长为1550 nm，相干度为0.04 m的光源，相比单透镜接收，在中、强湍流情况下，N=37的透镜阵列可使耦合效率从40%和8%分别提高到60%和53%；相比长波长光源，透镜阵列对短波长光源的耦合效率提高更明显。对于波长为850 nm和1550 nm，相干度为0.04 m的光源，相比单透镜接收，N=37的透镜阵列可使耦合效率从18%和41%分别提高到57%和60%。
相干光学 部分相干光 光纤阵列 透镜阵列 耦合效率 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0501001
1 航天工程大学研究生院, 北京 101416
2 航天工程大学电子与光学工程系, 北京 101416
利用光束的交叉谱密度函数得到了部分相干光的光强分布和相干长度的表达式, 并基于该表达式就光源不同相干参数、不同湍流强度对部分相干光在水平大气传输中的光强分布和相干长度的影响效应进行了数值模拟, 且与完全相干光进行了比较分析。研究结果表明: 在自由空间传输过程中光强分布主要受衍射引起的展宽影响, 光源相干参数越大光束的相干长度值越大。在湍流大气中, 光源相干参数越大光强分布和相干长度受湍流大气强度变化影响越小。随着湍流强度和传输距离的增加, 光束展宽效应增加, 同时由于湍流叠加效应导致光束的相干长度下降。
部分相干光 大气湍流 光强分布 相干长度 水平传输 partially coherent light atmospheric turbulence intensity distribution coherence length horizontal propagation 大气与环境光学学报
2020, 15(4): 261
1 苏州大学物理科学与技术学院, 江苏 苏州 215006
2 山东师范大学物理与电子学院, 山东 济南 250014
3 山东省光场调控工程技术中心, 山东省光学与光子器件技术重点实验室, 山东 济南 250014
相位恢复技术在材料科学、生物医学、天文学等领域有着广泛的应用,不同的相位恢复技术及应用领域,需要用到不同的光源。光源的波长、相干性以及能量等参数都会影响最终的相位恢复效果。在以往的研究中,就空间相干性而言,往往将光源当作完全相干光处理,但是在实际应用中,X射线、电子束等光源都是部分相干光,且完全相干光经过介质时其空间相干性也会降低,因此,如何在部分相干照明下恢复物体正确的相位信息尤为重要。本文概述了空间部分相干照明下相位恢复技术的研究背景及研究进展,重点介绍了常用的几种相位恢复方法:模式分解法、强度传输方程、微扰法以及焦移法等,并对这些方法的优劣进行了对比分析。此外,还概述了微扰法相位恢复技术在特殊关联部分相干光场测量及部分相干涡旋光束拓扑荷数测量中的应用。
相干光学 相位恢复技术 部分相干光 相位信息
1 西安工业大学光电工程学院，陕西 西安 710021
2 西北工业大学自动化学院，陕西 西安 710072
在数字全息显微技术中，为了提高测量精度，提出了一种利用长工作距离物镜的相移数字全息显微的测量装置和方法。该装置采用LED作为照明光源，可以有效地抑制相位噪声，提高了重建精度。通过在长工作距离物镜和样品之间加入分光棱镜的方法，构建了一种准物参共路的迈克尔逊干涉仪。该装置结构简单，调整方便，在部分相干光照明时，容易实现干涉。重建时，采用盲相移干涉技术，结合两步盲相移算法，重建出物体的表面相位分布。实验中，分别采用LED照明和He-Ne激光照明，测量了一个反射式USAF1951分辨率板的高度分布。结果表明，两者的测量结果相互吻合，但是LED照明时的噪声与激光照明时相比降低了70%。此外，为了进一步验证装置的有效性，使用该装置对刻于硅基底的微纳矩形台阶进行测量，测量结果与标称值具有良好的一致性，表明该装置在微结构的形貌测量方面有广阔的应用前景。
数字全息显微 相移干涉 准物参共路 部分相干光 digital holographic microscopy phase-shifting interferometry quasi-common-path partially coherent light
