CN101013048A - 高亮度脉冲式赝热光源 - Google Patents

Abstract

一种高亮度脉冲式赝热光源，其构成包括脉冲式激光器，扩束准直系统、针孔滤波器、可调孔径光阑、毛玻璃盘和调速电机，所述的脉冲式激光器、扩束准直系统、针孔滤波器和可调孔径光阑同光轴，所述的针孔滤波器置于所述的扩束准直系统的望远镜的焦平面，所述的脉冲式激光器输出的激光最后照射在由调速电机驱转的毛玻璃盘上，形成的动态散斑场，即为赝热光场。本发明高亮度脉冲式赝热光源的赝热光场的热涨落，能被有限通频带的光电探测系统真实记录，且不受所使用光电探测系统通频带的影响，满足真实热光场的交叉谱纯度条件。

Description

高亮度脉冲式赝热光源

技术领域

本发明涉及热光场，特别是一种高亮度脉冲式赝热光源。

背景技术

针对热光的相干时间短，即使对于最好的线状谱光源发出的准单色光，相干时间也只能到10^-11～10^-10秒。而现有的光探测器，响应最快的才达到10^-9秒。因此用现有的光探测器无法测出热光涨落的瞬时强度。于是1964年开发出连续式赝热光源[见W.Martienssen，and E.Spiller，″Coherence andFluctuations in Light Beams，″American Journal of Physics 32，8(1964).]。已有的赝热光源采用连续型激光照射旋转的毛玻璃的方式来实现，毛玻璃散射形成的动态散斑场即为产生的赝热光场。该技术用于模拟真实热光场的涨落；由于具有很长的相干时间(可达秒级)，因此在一定程度上，能被现有的光电探测器探测到热光涨落，进而为研究与热光场涨落相关的领域提供了条件。但这种连续式赝热光源还具有一定的局限性，主要表现在：

1、光电探测系统的有限通频带导致赝热光场涨落的高频成份损失，因此探测系统所记录的光场涨落信息不是真实记录；

2、连续型赝热光源，不满足真实热光场的交叉谱纯度条件，因此不能完全真实的模拟真实热光场；所谓交叉谱纯度条件是指热光场的复相干度可分解为时间复相干度和空间复相干度的乘积形式。真实的热光源具有这一性质。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高亮度脉冲赝热光源，该赝热光源的赝热光场的热涨落，能被有限通频带的光电探测系统真实记录，且不受光电探测系统通频带的影响，满足真实热光场的交叉谱纯度条件。

本发明的技术解决方案如下：

一种高亮度脉冲式赝热光源，其构成包括脉冲式激光器，扩束准直系统、针孔滤波器、可调孔径光阑、毛玻璃盘和调速电机，所述的脉冲式激光器、扩束准直系统、针孔滤波器和可调孔径光阑同光轴，所述的针孔滤波器置于所述的扩束准直系统的望远镜的焦平面，所述的脉冲式激光器输出的激光最后照射在由调速电机驱转的毛玻璃盘上，形成的动态散斑场，即为赝热光场。

所述的脉冲式激光器输出的激光脉冲的宽度为纳秒级，每个脉冲的激光能量达毫焦耳级。

所述的毛玻璃盘的转速n与所述的脉冲式激光器输出的激光脉冲的间隔Δt满足下列关系式：

Δt≥nl/2πR

式中：l为经可调孔径光阑选择后的激光脉冲在所述的毛玻璃盘上光斑的线度，R为光斑的中心离毛玻璃盘轴心的距离。

所述的针孔滤波器的针孔位于所述的扩束准直系统的望远镜的焦平面的焦点。

本发明的技术效果：

该赝热光源具有热光场的所有统计特性，且解决了原有技术背景下的困难：

由于所采用的激光脉冲的宽度仅为纳秒级，远远小于光电探测系统的响应时间，因此记录脉冲所形成的散斑场，在探测期间，在时间上几乎是静止的，其时间频谱可视为无限窄，进而对其探测可不受光电探测系统通频带的影响。这是本发明针对以往连续型赝热光源所解决的技术问题，也是本发明最重要的技术特征。

符合交叉谱纯条件；克服连续式赝热光源不满足真实热光源交叉谱纯度条件的缺陷；

高亮度，单个散斑场脉冲的能量由激光器单个脉冲的能量决定，高达毫焦级别，远大于散粒噪声；

因此，本发明赝热光源可为现有的光电探测器探测热光涨落及其相关物理现象提供使用。

附图说明

图1为本发明高亮度脉冲式赝热光源装置结构框图，

图中：

1：脉冲激光器，2：激光脉冲(纳秒级脉宽)，3：扩束准直系统，4：针孔滤波器，5：可调孔径光阑，6：旋转毛玻璃，7：赝热光场，8：光轴。

R：赝热光场中心到毛玻璃盘轴心的距离，旋转毛玻璃盘的转速为n/秒，x₀为赝热光场中心，x₁为赝热光场中的任意位置。

图2为本发明实施例产生的散斑场在相干时间内的空间强度分布图。

图3为本发明实施例产生的赝热光场的归一化的二阶Glauber函数图。

图4为本发明实施例产生的赝热光场归一化的强度二阶互相关函数图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参阅图1，图1为本发明高亮度脉冲式赝热光源装置结构框图，也是本发明一个实施例，由图可见，本发明高亮度脉冲式赝热光源，其构成包括脉冲式激光器1，扩束准直系统3、针孔滤波器4、可调孔径光阑5、毛玻璃盘7和调速电机，所述的脉冲式激光器1、扩束准直系统3、针孔滤波器4和可调孔径光阑5同光轴，所述的针孔滤波器4置于所述的扩束准直系统3的望远镜的焦平面的焦点，所述的脉冲式激光器1输出的激光最后照射在由调速电机驱转的毛玻璃盘7上，形成的动态散斑场，即为赝热光场。

本实施例的脉冲式激光器1输出的激光脉冲的宽度为纳秒级，每个脉冲的激光能量达毫焦耳级。

所述的毛玻璃盘7的转速n与所述的脉冲式激光器1输出的激光脉冲的间隔Δt满足下列关系式：

Δt≥nl/2πR

式中：l为经可调孔径光阑5选择后的激光脉冲在所述的毛玻璃盘7上光斑的线度，R为光斑的中心离毛玻璃盘7轴心的距离。这是因为“当毛玻璃转过光斑的大小时，光斑内换成一组全新的子光源，因此，用这一过程所需的时间作为这种赝热光的相干时间是合适的”。这样，每个光脉冲照射毛玻璃所形成的散斑场，可以认为是完全不相关的。

图2为本发明实施例产生的响应速度在微秒级的光电探测器探测到的单个激光脉冲所产生的散斑场的强度空间分布，其高对比度表明该赝热光源适用于相干时间内的探测；

图3为本发明实施例产生赝热光场的归一化的二阶Glauber函数，其最大值g⁽²⁾(x₁)_max＝1.9，体现其模拟的光场涨落已能被现有的实验条件所探测；同时该函数也体现出本赝热光源具有真实热光场所具备的部分相干性；

图4为本发明实施例产生的赝热光场归一化的强度二阶互相关函数图，实心圆点为该赝热光场归一化的强度二阶互相关函数的剖面曲线的离散抽样，连续曲线为该剖面曲线的高斯拟合。所示程度良好的高斯拟合，表明该赝热光源的光场在空间上具有与真实热光场相同的统计分布；在各态历经的情况下，也同时表明该赝热光源的光场在时间上具有与真实热光场相同的统计分布。同时，由于高斯函数的傅里叶变换仍然是高斯函数，进而表明该热光场在频域也具有与真实热光场相同的统计分布。

激光光源采用高亮度脉冲式激光器1；该激光器单个脉冲的脉宽为微秒级，脉冲序列的间隔Δt可调；

激光脉冲经望远镜3扩束准直，同时被望远镜焦平面处的针孔滤波器4滤波，使得光束的空间模式更加单纯；

激光脉冲经准直、滤波后，投射到旋转的毛玻璃6上，以形成一圆形光斑，光斑的大小由可调限孔光阑5控制，限孔光阑线度l的大小量级建议设置在毫米级；

合理选择针孔滤波器4的大小及在望远镜焦平处的位置，使得获得的散斑场7尽量具有较大的对比度，以符合真实热光场在相干涉间内的空间强度分布情况，进而在各态历经的前提下，符合真实热光场在时间上的强度分布特性；一般来说，散斑场的空间对比度由归一化的二阶Glauber函数的最大值来衡量，该函数具体表达式为：

$g^{\left(2\right)}\left(x_1\right)=\frac{<I\left(x_1\right)I\left(x_0\right)>}{<I\left(x_1\right)><I\left(x_0\right)>}---\left(1\right)$

公式(1)中的I表示光场的强度，x1为散斑场的空间位置，x0为单幅散斑场的中心点，符号<·>表示对时间求平均。理论上，单色偏振热光场的g⁽²⁾(x₁)_max＝2；因此，针孔滤波器的位置及大小的合适程度，应以所获得散斑场的g⁽²⁾(x₁)_max超过1.5，并尽量接近2.0为判据。

Claims (4)

1、一种高亮度脉冲式赝热光源，特征在于其构成包括脉冲式激光器(1)，扩束准直系统(3)、针孔滤波器(4)、可调孔径光阑(5)、毛玻璃盘(7)和调速电机，所述的脉冲式激光器(1)、扩束准直系统(3)、针孔滤波器(4)和可调孔径光阑(5)同光轴，所述的针孔滤波器(4)置于所述的扩束准直系统(3)的望远镜的焦平面，所述的脉冲式激光器(1)输出的激光最后照射在由调速电机驱转的毛玻璃盘(7)上，形成的动态散斑场，即为赝热光场。

2、根据权利要求1所述的高亮度脉冲式赝热光源，其特征在于所述的脉冲式激光器(1)输出的激光脉冲的宽度为纳秒级，每个脉冲的激光能量达毫焦耳级。

3、根据权利要求1所述的高亮度脉冲式赝热光源，其特征在于所述的毛玻璃盘(7)的转速n与所述的脉冲式激光器(1)输出的激光脉冲的间隔Δt满足下列关系式：

Δt≥nl/2πR

式中：l为经可调孔径光阑(5)选择后的激光脉冲在所述的毛玻璃盘(7)上光斑的线度，R为光斑的中心离毛玻璃盘(7)轴心的距离。

4、根据权利要求1至3所述的高亮度脉冲式赝热光源，其特征在于所述的针孔滤波器(4)的针孔位于所述的扩束准直系统(3)的望远镜的焦平面的焦点。

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