基于泊松亮斑实验的随机光场相干结构的测量方法及系统技术方案

本发明专利技术提供基于泊松亮斑实验的光学空间相干结构的测量方法及系统，该方法对随机光场的统计特性没有要求，只需拍摄三组光强即可实时准确地计算出相干结构，此外该系统不需要额外的参考光路，可应对恶劣的环境条件。可应对恶劣的环境条件。可应对恶劣的环境条件。

【技术实现步骤摘要】
基于泊松亮斑实验的随机光场相干结构的测量方法及系统


[0001]本专利技术属于相关
，尤其涉及基于泊松亮斑实验的随机光场相干结构的测量方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]与光强、相位、偏振态等光学参量不同，光学空间相干结构是部分相干光束的特有属性之一，由随机电场的二阶统计特性描述。具有特定光学相干结构的部分相干光场已经被广泛的应用于光学相干层析成像、光通信、鬼成像、超分辨率光学成像等研究领域。空间相干结构是一个关于四维空间坐标的复值参量，包含振幅和相位(实部和虚部)，其绝对值大于0小于1。对于谢尔模型部分相干光束，其空间相干结构是关于位置差的二维结构，对于非谢尔模型部分相干光束(非均匀关联)，其二维空间相干结构与参考点的选取有关。近年来，利用随机光场的空间相干结构作为信息载体实现了对光学图像的高安全加密和远场鲁棒成像。这些研究进展均依靠于相干结构的精确测量技术。最为原始的相干结构测量方法是利用杨氏干涉实验中的两点之间的干涉条纹可见度和位移来分别决定其振幅和相位，要想完整的表征相干结构二维结构需要在光源处独立地扫描每个位置点，这无疑需要消耗大量的时间。后来，基于衍射方法的Y形光栅、非冗余孔径阵列和基于干涉方法的波前折叠干涉仪、自参考法等测量技术也被提出。然而，这些测量方法需要特定的近似条件并且存在装置复杂，对光路准直和实验环境要求高，波长敏感等缺点。最近所提出的基于HanburyBrown
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Twiss实验和广义Hanbury Brown
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Twiss实验测量空间相干结构可以完美地克服上述缺点，然而这种方法只适用于待测随机光场满足高斯统计的情况，并且这种方法需要拍摄大量的随机散斑进行统计计算，测量周期长，不适用于高速变化的随机光场。因此，如何对具有任意统计特性的部分相干光场的空间相干结构进行快速精确地测量仍然是一个挑战性的技术。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供基于泊松亮斑实验的随机光场相干结构的测量方法及系统，该方法对随机光场的统计特性没有要求，只需拍摄三组光强即可实时准确地计算出相干结构，此外该系统不需要额外的参考光路，可应对恶劣的环境条件。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的第一个方面提供基于泊松亮斑实验的随机光场相干结构的测量系统，采用如下技术方案：
[0006]激光器，用于发射线偏振光束；
[0007]扩束器，用于对所述激光器发射的线偏振光束进行扩束；
[0008]第一反射式相位型空间光调制器，用于对经过所述扩束器的光束进行调制；
[0009]光学成像系统，用于将经第一反射式相位型空间光调制器反射的调制光成像到第
二空间光调制器；
[0010]分束镜，用于将经第一反射式相位型空间光调制器反射的调制光成像到第一相机；
[0011]第二空间光调制器、第二相机分别位于第三凸透镜的前焦面和后焦面。
[0012]一个或多个实施例提供了基于泊松亮斑实验的随机光场相干结构的测量方法，采用上述基于泊松亮斑实验的随机光场相干结构的测量系统，包括：
[0013]获取待测光束在光源面被障碍物遮挡后的的光束在远场处的光强分布；
[0014]选择不同的障碍物的透过率函数；
[0015]基于不同的障碍物透过函数得到待测光束不同的远场光强；
[0016]根据不同的远场光强作差得到光强差；
[0017]基于所得到的光强差计算空间相干结构。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]本专利技术所提出的系统和方法对随机光场的统计特性没有要求，只需拍摄三组光强即可实时准确地计算出相干结构，此外该系统不需要额外的参考光路，可应对恶劣的环境条件。
附图说明
[0020]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0021]图1是本专利技术实施例一中基于泊松亮斑实验的随机光场相干结构的测量系统示意图；
[0022]图2(a)为本专利技术实施例二中具有高斯统计特性的部分相干谢尔模源实验上拍摄的随机光场示意图；
[0023]图2(b)为本专利技术实施例二中具有高斯统计特性的部分相干谢尔模源实验测量的概率密度函数曲线示意图；
[0024]图2(c)为本专利技术实施例二中具有高斯统计特性的部分相干谢尔模源实验测量的空间相干结构的实部；
[0025]图2(d)为本专利技术实施例二中具有高斯统计特性的部分相干谢尔模源实验测量的空间相干结构的虚部；图2(e)为本专利技术实施例二中具有非高斯统计特性的部分相干谢尔模源实验上拍摄的随机光场示意图；图2(f)为本专利技术实施例二中具有非高斯统计特性的部分相干谢尔模源实验测量的概率密度函数曲线示意图；图2(g)为本专利技术实施例二中具有非高斯统计特性的部分相干谢尔模源实验测量的空间相干结构的实部；图2(h)为本专利技术实施例二中具有非高斯统计特性的部分相干谢尔模源实验测量的空间相干结构的虚部；图3(a)为本专利技术实施例二中障碍物位于r0＝(0mm，0mm)仿真中位置实部示意图；图3(b)为本专利技术实施例二中障碍物位于r0＝(0mm，0mm)仿真中位置虚部示意图；
图3(c)为本专利技术实施例二中障碍物位于r0＝(0mm，0mm)实验中位置实部示意图；图3(d)为本专利技术实施例二中障碍物位于r0＝(0mm，0mm)位置实验中虚部示意图；图3(e)本专利技术实施例二中障碍物位于r0＝(1mm，0mm)仿真中位置实部示意图；图3(f)本专利技术实施例二中障碍物位于r0＝(1mm，0mm)仿真中位置虚部示意图；图3(g)本专利技术实施例二中障碍物位于r0＝(1mm，0mm)实验中位置实部示意图；图3(h)本专利技术实施例二中障碍物位于r0＝(1mm，0mm)实验中位置虚部示意图。
具体实施方式
[0026]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0027]实施例一
[0028]实施例一
[0029]如图1所示，本实施例提供一种基于泊松亮斑实验的随机光场相干结构的测量系统，包括：
[0030]激光器，用于发射线偏振光束；
[0031]扩束器，用于对激光器发射的线偏振光束进行扩束；
[0032]第一反射式相位型空间光调制器，用于对经过扩束器的光束进行调制；
[0033]光学成像系统，用于将经第一反射式相位型空间光调制器反射的调制光成像到第二空间光调制器；
[0034]分束镜，用于将经第一反射式相位型空间光调制器反射的调制光成像到第一相机；
[0035]第二空间光调制器、第二相机分别位于第三凸透镜的前焦面和后焦面。
[0036]在本实施例中，如图1所示，包括具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于泊松亮斑实验的光学空间相干结构的测量系统，其特征在于，包括：激光器，用于发射线偏振光束；扩束器，用于对所述激光器发射的线偏振光束进行扩束；第一反射式相位型空间光调制器，用于对经过所述扩束器的光束进行调制；光学成像系统，用于将经第一反射式相位型空间光调制器反射的调制光成像到第二空间光调制器；分束镜，用于将经第一反射式相位型空间光调制器反射的调制光成像到第一相机；第二空间光调制器、第二相机分别位于第三凸透镜的前焦面和后焦面。2.如权利要求1所述的基于泊松亮斑实验的光学空间相干结构的测量系统，其特征在于，在所述激光器和所述扩束镜之间设置有半波片，调整所述半波片使所述第一反射式相位型空间光调制器上的入射光束为水平偏振方向。3.如权利要求1所述的基于泊松亮斑实验的光学空间相干结构的测量系统，其特征在于，所述成像系统包括第一凸透镜和第二凸透镜，在所述第一凸透镜和第二凸透镜之间具有狭缝，用于提取1级衍射光。4.如权利要求3所述的基于泊松亮斑实验的光学空间相干结构的测量系统，其特征在于，所述第一凸透镜、第二凸透镜、第三凸透镜的焦距均为25cm。5.基于泊松亮斑实验的光学空间相干结构的测量方法，采用上述权利要求1
‑
4任一项所述的基于泊松亮斑实验的光学空间相干结构的测量系统，其特征在于，包括：获取待测光束在光源面被障碍物遮挡后的的光束在远场处的光强分布；选择不同的障碍物的透过率函数；基于不同的障碍物透过函数得到待测光束不同的远场光强；根据不同的远场光强作差得到光强差；基于所得到的光强差计算空间相干结构。6.如权利要求5所述的基于泊松亮斑实验的光学空间相干结构的测量方法，其特征在于，待测光束在光源面被障碍物遮挡后的的光束在远场处的光强分布利用惠更斯
‑
菲涅耳衍射积分来表示为：I(u)＝∫∫γ(r1,r2)O(r1)O
*
(r2)h(r1,u)h
*
(r2,u)d2r1d2r2其中，u为远场观察面的位置坐标。O(r)和h(r,u)分别表示障碍物的传输函数和光学系统的响应函数，γ(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欣，蔡阳健，梁春豪，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：