多模光纤输出端的散斑和相干性的不同测量
图1 50μm纤芯直径的输出处的散斑图案。由具有(a)50nm、(b)0.3nm和(c)0nm光谱宽度的空间相干聚焦光激发的50m长的MMF。
使用多模光纤(MMF)生成的降低相干性的光— 部分相干光束(PCB)已经用于多种应用,如超快速摄影,激光等离子体相互作用,内约束聚变,光学相干断层扫描(OCT),投影显示,远程传感和自由空间光通信(FSOC)。尽管有这种广泛的应用,但是对于这些光束的经典相干特性知之甚少,这有时导致理论工作中使用的模型不充分和实验结果的解释不正确。
图2 散斑对比度测量示意图(a)在外部扩散器集合中,(b)在光纤弯曲和扭转集合中。
MMF生成的PCB具有许多优点:它们很亮,每个相干区域的光子通量比热源提供的大得多。不需要移动器件来生成它们。MMF本身可用于将光传送到使用位置,例如FSOC链路中的光学天线或成像显微镜或OCT系统中的显微镜。重要的是,可以从具有有限光谱宽度的全空间相干输入源开始产生MMF PCB。这意味着,可以使用现成的单模光纤用于调制、放大、开关等的自由空间组件来实现系统前端的设计。
图3 (a)用于MMF输出端面相干性测量的干涉装置的示意图。(b)在CCD平面中,当分别关闭快门S2或S1时获得信号I 1和I 2,每个像素记录由于CC 2的抖动引起的动态干扰I 1和I2。
具有有限带宽的聚焦空间相干光的多模光纤受激发会在光纤输出处产生部分相干光。近日,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家用解析理论,数值模拟和实验研究的方法研究了这种光的散斑和经典相干性。特别令人印象深刻的是相干性和散斑测量值以及它们对输入源带宽和光纤长度的关系。散斑对比度易于通过实验测量,并且存在至少两种不同的方法来产生随机散斑集合。我们证明了在外部扩散器集合上评估的散斑对比度与有效模式的数量有关,这是光束全局相干性的特征之一。在光纤随机弯曲和扭曲的集合上评估的另一个散斑对比度测量与剩余相干性有关,剩余相干性是光纤输出端面上相干函数复杂度平均模数的基础。相关内容以《Different measures of speckle and coherence at the output of a multimode optical fiber》为题,发表在《Journal of the Optical Society of America A》杂志上。
来源: Journal of the Optical Society of America A
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