CN113375790B - 部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量方法及系统，其方法包括：将待测部分相干矢量光束的各个方向分离；对分离的每个方向的光束分别引入三次不同相位赋值的扰动，并对扰动后的每个方向的光束进行傅里叶变换；记录每个方向的光束在三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强；根据三次不同相位赋值和三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强，通过反傅里叶变换得到待测部分相干矢量光束的各项交叉谱密度矩阵元。本发明简单可行，在不引入参考臂、不引入透镜以及不需要知道光源信息的情况下，实现对部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量，适用于具有复杂实数和虚数结构的部分相干矢量场。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量技术领域，特别涉及一种部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量方法及系统。
背景技术
近年来，随着人们对激光认识的不断深入和激光技术应用的迅速扩展，相继提出并实现了多种振幅、相位、偏振态及相干结构等具有特殊空间分布的新型光场，例如具有螺旋相位的涡旋光场，偏振态依赖空间分布的矢量光场，具有横向自加速效应的艾里(Airy)光场，具有无衍射传输特性的贝塞尔(Bessel)光场，具有非傍轴自弯曲效应的马丢(Mathieu)光场等。随着光镊、光刻、光通信等技术的应用，激光的偏振调节、相干度调节逐渐引起人们的青睐。
光场或多或少都是随机涨落的，描述光场的随机涨落理论称为相干光学理论。对相干结构进行调控可以获得厄米高斯关联的部分相干光束，其在传输到焦平面之前拥有四通道，并于焦平面会合，又在焦平面后出现自分裂；拉盖尔高斯光束相干激光束经过聚焦后可以在焦点附近产生三维可控光学囚笼，产生的光学囚笼可用于粒子俘获等应用。由于激光的方向性强、光功率集中、难以窃听、成本低、安装快等特点，激光越来越多地应用于自由空间光通信中，但是光束在大气中传输时容易受到微小粒子、气溶胶、温度梯度引起折射率随机变化等因素影响，使得激光束的光强分布、相位分布在时间和空间上随机起伏、波前扭曲变形、光强闪烁、光束弯曲和偏移等现象。而部分相干光束在湍流大气中传输就能够更好地克服湍流等大气方面带来的负面影响。对激光束相干度大小的调控，同样也可以实现光束整形，产生空心、平顶、阵列等光强分布，从而在激光加工、激光武器等领域中有重要的应用前景
光的相干和偏振现象是光的基本特性，是处理可观测量的统计光学范畴。世界光学权威Wolf教授在2003年创历史性地提出了关于随机电磁场的相干偏振统一理论，明确指出光的相干和偏振这两个独立的基本特性是相互紧密联系在一起的，并且可以用统一的方法手段即通过使用2×2电场关联矩阵也就是交叉谱密度矩阵来确定随机电磁光束经过确定介质或随机介质传输的光谱密度，光谱相干度，光谱偏振度等统计光学特性的变化。具体地说，就是通过刻画两点上相同或正交场分量之间的相干关系来描述起伏矢量场的统计特性。对于随机光场，矢量光场的空间相干性是电磁波的一个基础属性，它在理解经典与量子光波的干涉、传输以及与物质相互作用过程中起到至关重要的作用。因此拥有一项快速且完备的针对部分相干矢量激光场交叉谱密度函数的测量方法是精准操控矢量激光相干特性的重要保障。
目前已有的针对矢量部分相干光场交叉谱密度函数的测量方案主流方法主要有三种，一种源于双孔干涉原理(Kanseri,Bhaskar,and Hem Chandra Kandpal."Experimental determination of electric cross-spectral density matrix andgeneralized Stokes parameters for a laser beam."Optics letters 33.20(2008):2410-2412.)，一种基于光强互关联算法(Chen,Y.,et al.(2014)."Generation andpropagation of a partially coherent vector beam with special correlationfunctions."Physical Review A 89(1))。还有一种基于广义HBT(汉伯里·布朗-特维斯)光强互关联算法(Dong,Z.,et al.(2020)“Measuring complex correlation matrix ofpartially coherent vector light via a generalized Hanbury Brown-Twissexperiment”.Optics Express 28,20634-20644)。
第一种，从待测光源中分离出具有不同偏振的两束光，分别入射小孔，观察双孔的干涉图案，根据干涉条纹的明暗对比度计算两点的相干度，改变小孔距离获得更多数据以绘制一维相干度分布图；第二种，同样是从待测光源分离出两种偏振分量，拍摄大量散斑图以计算两种分量的光强关联，根据光强关联与相干度的关系可以计算得到光源的二维相干度分布。第三种，引入一束完全相干光通过与部分相干光进行干涉搭建测试光路，通过加入四分之一波片引入相位延迟，获得不同完全相干光与部分相干光干涉的合束光。利用光探测器拍摄并记录合束光的光强分布信息，遮挡住参考光，利用光探测器拍摄并记录待测光的光强分布信息，再遮挡住待测光，利用光探测器拍摄并记录参考光的光强分布信息，计算获得待测光源的复相干度振幅和相位。
发明内容
本发明要解决的技术问题的是提供一种简单可行、耗时短、效率高的部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量方法。
为了解决上述问题，本发明提供了部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量方法，其包括：
将待测部分相干矢量光束的各个方向分离；
对分离的每个方向的光束分别引入三次不同相位赋值的扰动，并对扰动后的每个方向的光束进行傅里叶变换；
记录每个方向的光束在三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强；
根据三次不同相位赋值和三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强，通过反傅里叶变换得到待测部分相干矢量光束的各项交叉谱密度矩阵元。
作为本发明的进一步改进，所述将待测部分相干矢量光束的各个方向分离，具体包括：
将待测部分相干矢量光束依次经过四分之一波片和偏振片，通过调节四分之一波片和偏振片的角度实现对待测部分相干矢量光束各个方向的分离。
作为本发明的进一步改进，利用纯相位空间光调制器对分离的每个方向的光束分别引入三次不同相位赋值的扰动，并对扰动后的每个方向的光束进行傅里叶变换。
作为本发明的进一步改进，利用光探测器记录每个方向的光束在三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强。
作为本发明的进一步改进，所述光探测器为CCD或CMOS。
作为本发明的进一步改进，所述扰动为圆形。
本发明还提供了一种部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量系统，其包括：
光束分离组件，用于将待测部分相干矢量光束的各个方向分离；
纯相位空间光调制器，用于对分离的每个方向的光束分别引入三次不同相位赋值的扰动，并对扰动后的每个方向的光束进行傅里叶变换；
光探测器，用于记录每个方向的光束在三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强；
计算机，用于根据三次不同相位赋值和三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强，通过反傅里叶变换得到待测部分相干矢量光束的各项交叉谱密度矩阵元。
作为本发明的进一步改进，所述光束分离组件包括四分之一波片和偏振片，通过调节所述四分之一波片和偏振片的角度实现对待测部分相干矢量光束各个方向的分离。
作为本发明的进一步改进，还包括分束镜，从所述偏振片出射的光束经过所述分束镜后垂直入射至所述纯相位空间光调制器，并从所述纯相位空间光调制器反射回所述分束镜，再由所述分束镜反射至所述光探测器。
作为本发明的进一步改进，所述光探测器为CCD或CMOS。
本发明的有益效果：
本发明部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量方法及系统简单可行，在不引入参考臂、不引入透镜以及不需要知道光源信息的情况下，实现对部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量，适用于具有复杂实数和虚数结构的部分相干矢量场，整个2×2复数二维分布矩阵可用18个测量光强图样进行测量。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明优选实施例部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量系统的示意图；
图2是本发明优选实施例中纯相位空间光调制器(SLM)的接收屏示意图；
图3是本发明优选实施例中特殊关联径向偏振部分相干光与离轴特殊关联径向偏振部分相干光的交叉谱密度函数的快速测量系统的示意图；
图4是本发明优选实施例中特殊关联径向偏振部分相干激光束在理论与实验中得到的交叉谱密度分布图；
图5是本发明优选实施例中离轴关联径向偏振部分相干激光束在理论与实验中得到的交叉谱密度分布图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明优选实施例公开了一种部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量方法，该方法包括以下步骤：
S10、将待测部分相干矢量光束的各个方向分离。
可选的，将待测部分相干矢量光束依次经过四分之一波片和偏振片，通过调节四分之一波片和偏振片的角度实现对待测部分相干矢量光束各个方向的分离。
S20、对分离的每个方向的光束分别引入三次不同相位赋值的扰动，并对扰动后的每个方向的光束进行傅里叶变换。
可选的，利用纯相位空间光调制器对分离的每个方向的光束分别引入三次不同相位赋值的扰动，并对扰动后的每个方向的光束进行傅里叶变换。
在其中一实施例中，所述扰动为圆形。可选的，扰动的半径远小于纯相位空间光调制器的接收屏上部分相干光束的采样区域。在本发明的其他实施例中，扰动的形状和大小可以根据需要进行设置。
S30、记录每个方向的光束在三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强。
可选的，利用光探测器记录每个方向的光束在三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强。其中，所述光探测器为CCD或CMOS等。
S40、根据三次不同相位赋值和三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强，通过反傅里叶变换得到待测部分相干矢量光束的各项交叉谱密度矩阵元。
如图1所示，本发明优选实施例还公开了一种部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量系统，其包括：
光束分离组件，用于将待测部分相干矢量光束的各个方向分离。
纯相位空间光调制器(SLM)，用于对分离的每个方向的光束分别引入三次不同相位赋值的扰动，并对扰动后的每个方向的光束进行傅里叶变换。
光探测器，用于记录每个方向的光束在三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强。
计算机，用于根据三次不同相位赋值和三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强，通过反傅里叶变换得到待测部分相干矢量光束的各项交叉谱密度矩阵元。
可选的，所述光束分离组件包括四分之一波片和偏振片，通过调节所述四分之一波片和偏振片的角度实现对待测部分相干矢量光束各个方向的分离。
可选的，该系统还包括分束镜，从所述偏振片出射的光束经过所述分束镜后垂直入射至所述纯相位空间光调制器，并从所述纯相位空间光调制器反射回所述分束镜，再由所述分束镜反射至所述光探测器。其中，所述光探测器为CCD或CMOS等。
本发明的原理如下：
矢量部分相干激光束的统计特性可以通过空间-频率域的交叉谱密度矩阵表征：
其中，交叉谱密度矩阵元
其中，α＝x,y；β＝x,y，Ex和Ey表示沿着x和y的电场。我们要测量的便是各项交叉谱密度矩阵元的分布。测量光路图如图1所示。
待测光经过四分之一波片，再经过偏振片之后的光场分布可以写成：
其中θ是偏振片与坐标系x的夹角，ε是四分之一波片快轴与坐标系x的夹角。
由于交叉谱密度矩阵是一个厄米矩阵，故
当调整偏振片旋转为x方向，此时取θ＝0°旋转四分之一波片快轴与x轴平行ε＝0°，此时Wxx(r1,r2)＝W0,0(r1,r2)。
当调整偏振片旋转为y方向，此时取θ＝90°旋转四分之一波片快轴与x轴平行ε＝0°，此时Wyy(r1,r2)＝W90°,0°(r1,r2)。
当调整偏振片旋转与x呈45°方向，此时取θ＝45°。旋转四分之一波片快轴与x轴平行ε＝0°，测量此时的W45°,0°(r1,r2)。当调整偏振片旋转与x呈135°方向，此时取θ＝135°。旋转四分之一波片快轴与x轴平行ε＝0°，测量此时的W135°,0°(r1,r2)。调整偏振片旋转与x呈45°方向，此时取θ＝45°。旋转四分之一波片快轴与x轴垂直ε＝90°，测量此时的W45°,90°(r1,r2)。调整偏振片旋转与x呈135°方向，此时取θ＝135°旋转四分之一波片快轴与x轴呈90°此时ε＝90°，测量此时的W135°,90°(r,τ)。
交叉谱密度矩阵Wxy(r,τ)的实部为
交叉谱密度矩阵Wxy(r1,r2)的虚部为
将待测部分相干光束通过偏振片与四分之一波片后入射纯相位空间光调制器(SLM)的接收屏(即液晶版)上，如图2所示。
通过所述纯相位空间光调制器对接收屏上部分相干光束的中心引入三次不同相位赋值的扰动，此方法称为自参考全息法(Shao,Y.F.et al.Spatial coherencemeasurement and partially coherent diffractive imaging using self-referencingholography.Optics Express 26,4479-4490(2018))。
扰动为圆形，扰动的半径远小于接收屏上部分相干光束的采样区域。在本发明的其他实施例中，扰动的形状和大小可以根据需要进行设置。
对扰动后的部分相干光束进行傅里叶变换，并记录三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强。
利用电荷耦合元件记录三次不同相位赋值下傅里叶平面处的光强。
根据三次不同相位赋值和三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强，基于反傅里叶变换计算得到所述干涉后的部分相干光束的交叉谱密度函数。
具体的：首先，在不引入扰动的情况下，部分相干光束在傅里叶平面的光强表示为：
I0(k)＝∫∫Wθ,εexp[-2iπk(r1-r2)]dr1dr2 (3)
其中Wθ,ε是待测部分相干光束经过偏振片与四分之一波片之后的交叉谱密度，k是CCD平面中的矢量坐标，当在r＝r0处引入扰动，光强表达式变成：
I(k)＝∫∫Wθ,ε[T(r2)+γδ(r2-r0)]*×[T(r1)+γδ(r1-r0)]×exp[-2iπk(r1-r2)]dr1dr2
(4)
将公式(5)展开可得
I(k)＝I0(k)+γγ*Wθ,ε(r0,r0)+γ∫Wθ,ε(r1,r0)exp[-i2πk(r1-r0)]dr1+γ*∫Wθ,ε(r0,r2)exp[-i2πk(r0-r2)]dr2
(5)
其中T(r)为SLM的透过率函数，是一个孔径函数，在扰动区域中T(r0)的值为1，其它位置处T(r)＝0。γ＝T(r0)[exp(iφ)-1]，γ用于表征扰动，其中φ可以通过SLM在[-π，π]之间任意调节。
通过三次改变扰动的相位赋值，得到三个方程，求解得到交叉谱密度函数Wθ,ε(r1,r2)。
若三次相位赋值为：当取φ＝0时CCD拍摄此时的光强为I0(k)。当取
时CCD拍摄此时的光强为I+(k)。当取
时CCD拍摄此时的光强为I-(k)。此时
可求解得到：
对该光强进行反傅里叶变换可得：
故利用此种方法可以测量出部分相干光通过不同角度的偏振片与四分之一波片后的Wθ,ε，再代入公式(2)即可测出完整的部分相干矢量光束的2×2复相干矩阵。
为了验证本发明的有效性，我们测量特殊关联径向偏振部分相干光与离轴特殊关联径向偏振部分相干光的交叉谱密度函数，具体如下：
矢量部分相干激光束的统计特性可以通过空间-频率域的交叉谱密度矩阵表征：
其中，交叉谱密度矩阵元
其中，α＝x,y；β＝x,y，Ex和Ey表示沿着x和y的电场。对于离轴特殊关联径向偏振部分相干激光束：
其中，σ0和δ0表示光束宽度和横向相干宽度，f表示凸透镜的焦距，a为离轴因子可以通过激光入射在径向偏振器位置进行控制，当a等于0时，就是特殊关联径向偏振部分相干激光束。A0为常数
其中，公式(8-10)推导过程：
部分相干光束的统计特性用CSD矩阵表示为：
其矩阵元元素为：
交叉谱密度函数必须满足以下正定条件：
其中H为脉冲响应函数。pαβ(v1,v2)为以下权重矩阵的矩阵元；
对于离轴径向偏振光束的pαβ(v1,v2)函数与H函数：
将(15)、(16)代入(14)通过积分可得到(8)、(9)、(10)。
我们要测量的便是各项交叉谱密度矩阵元的分布。测量光路图如图3所示。
半导体固体激光器(波长532.8nm)进入径向偏振转换器中心产生径向偏振激光束，(偏离中心则会产生离轴径向偏振光)入射至旋转毛玻璃片，经旋转毛玻璃片(旋转频率20HZ)扩散后的光束由凸透镜准直，再经过高斯滤波片对准直后的光束进行振幅整形，从高斯滤波片出射后便是特殊关联的径向偏振部分相干激光束或者离轴特殊关联的径向偏振部分相干激光束。通过控制毛玻璃上光斑大小可以控制相干度δ0的大小，不同的高斯滤波片可以控制σ0的大小，实施例中，该光束为我们的测量对象。
当旋转线偏振片使偏振片偏振方向为x方向，此时取θ＝0°，旋转四分之一波片快轴与x轴平行，待测光束通过此系统，此时Wxx(r1,r2)＝W0,0(r1,r2)。
当旋转线偏振片使偏振片偏振方向为y方向，此时取θ＝90°旋转四分之一波片快轴与y轴平行，此时Wyy(r1,r2)＝W90°,90°(r1,r2)。
当调整偏振片旋转与x呈45°方向，此时取θ＝45°旋转四分之一波片快轴与x轴平行，测量此时的W45°,0°(r1,r2)。
当调整偏振片旋转与x呈135°方向，此时取θ＝135°旋转四分之一波片快轴与x轴平行，测量此时的W135°,0°(r1,r2)。
调整偏振片旋转与x呈45°方向，此时取θ＝45°旋转四分之一波片快轴与x轴垂直，测量此时的W45°,90°(r1,r2)。
调整偏振片旋转与x呈135°方向，此时取θ＝135°旋转四分之一波片快轴与x轴垂直，测量此时的W135°,90°(r1,r2)。
待测光束的Wθ,ε(r1,r2)经过分束镜入射到SLM(空间光调制器)面板上，通过空间光调制器调制的光束反射到分束镜上被CCD接收。通过拍摄第一次不加相位扰动，再分别拍摄两次不同的相位扰动，通过三次光强代入公式就可计算出入射在空间光调制器上的光束的Wθ,ε(r1,r2)。
利用上述自参考全息法可以分别测量待测光束的Wθ,ε(r1,r2)部分。
交叉谱密度矩阵Wxy(r,τ)的实部为
交叉谱密度矩阵Wxy(r1,r2)的虚部为
因为交叉谱密度矩阵是一个厄米矩阵，所以
即Wyx(r1,r2)与Wxy(r1,r2)实部相同，虚部互为相反数。
则矢量部分相干激光束的空间-频率域的交叉谱密度矩阵元素可以全部测出。
其中，纯相位空间光调制器为反射式纯相位空间光调制器：HOLOEYEGAEA，尺寸大小为3840*2160像素，像素大小为3.74μm。纯相位空间光调制器用于设置测量范围，即通过在空间光调制器上加载光栅，分离出中央区域和边缘区域，并选择对部分相干光束的中央区域进行交叉谱密度的恢复，以此有效地摒除部分相干光束周围的杂散光，测量范围的设置标准为：只去除干扰信息，部分相干光束的仅需要部分信息在测量范围内即可。
本实施例中，使用的CCD为ECO655MVGE专业相机，具体参数为尺寸大小为2448*2050像素，像素大小为3.45μm。CCD用MATLAB软件驱动，上述软件用来观察以及保存CCD接收的图像信息。CCD连接到电脑之后，用MATLAB软件记录并保存CCD接收的图像信息。
如图4和5所示，为本实施例中得到的理论与实验中得到的交叉谱密度分布图。其中，图4为特殊关联径向偏振部分相干激光束，由于特殊关联径向偏振部分相干激光束虚部为0，因此只画出实部部分(σ0＝2mm δ0＝0.5mm a＝0mm)。图5为离轴特殊关联径向偏振部分相干激光束，由于离轴因子a的存在，此光束具有虚部部分，下图给出了离轴特殊关联径向偏振部分相干激光束的实部虚部理论与实验结果图(σ0＝2mm δ0＝0.5mm a＝0.04mm)。从图4和5可以看出，理论与实验结果基本吻合，因此，验证了本发明方法的有效性。
本发明测量部分相干矢量光束的交叉谱密度矩阵的方法及系统通过使用引用四分之一波片与偏振片，将部分相干矢量光束的不同方向分离，通过测量部分相干光束的不同方向元素就可以测出矢量光束的全部交叉谱密度矩阵元。只需在接收屏上部分相干矢量光束的中心引入扰动即可测出对应矩阵元。同时，无参考光降低了对测量条件的苛刻要求，由于无透镜所以测量中不需要反复调试，大大简化了测量过程，提高实验的成功率。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量方法，其特征在于，包括：
将待测部分相干矢量光束的各个方向分离；
对分离的每个方向的光束分别引入三次不同相位赋值的扰动，并对扰动后的每个方向的光束进行傅里叶变换；
记录每个方向的光束在三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强；
根据三次不同相位赋值和三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强，通过反傅里叶变换得到待测部分相干矢量光束的各项交叉谱密度矩阵元；
矢量部分相干激光束的统计特性可以通过空间-频率域的交叉谱密度矩阵表征：
其中，交叉谱密度矩阵元
其中，α＝x，y；β＝x，y，Ex和Ey表示沿着x和y的电场；
待测光经过四分之一波片，再经过偏振片之后的光场分布可以写成：
其中θ是偏振片与坐标系x的夹角，ε是四分之一波片快轴与坐标系x的夹角；
由于交叉谱密度矩阵是一个厄米矩阵，故
当调整偏振片旋转为x方向，此时取θ＝0°旋转四分之一波片快轴与x轴平行ε＝0°，此时Wxx(r1，r2)＝W0，0(r1，r2)；
当调整偏振片旋转为y方向，此时取θ＝90°旋转四分之一波片快轴与x轴平行ε＝0°，此时Wyy(r1，r2)＝W90°，0°(r1，r2)；
当调整偏振片旋转与x呈45°方向，此时取θ＝45°；旋转四分之一波片快轴与x轴平行ε＝0°，测量此时的W45°，0°(r1，r2)；当调整偏振片旋转与x呈135°方向，此时取θ＝135°；旋转四分之一波片快轴与x轴平行ε＝0°，测量此时的W135°，0°(r1，r2)；调整偏振片旋转与x呈45°方向，此时取θ＝45°；旋转四分之一波片快轴与x轴垂直ε＝90°，测量此时的W45°，90°(r1，r2)；调整偏振片旋转与x呈135°方向，此时取θ＝135°旋转四分之一波片快轴与x轴呈90°此时ε＝90°，测量此时的W135°，90°(r，τ)；
交叉谱密度矩阵Wxy(r，τ)的实部为
交叉谱密度矩阵Wxy(r1，r2)的虚部为
2.如权利要求1所述的部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量方法，其特征在于，所述将待测部分相干矢量光束的各个方向分离，具体包括：
将待测部分相干矢量光束依次经过四分之一波片和偏振片，通过调节四分之一波片和偏振片的角度实现对待测部分相干矢量光束各个方向的分离。
3.如权利要求1所述的部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量方法，其特征在于，利用纯相位空间光调制器对分离的每个方向的光束分别引入三次不同相位赋值的扰动，并对扰动后的每个方向的光束进行傅里叶变换。
4.如权利要求1所述的部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量方法，其特征在于，利用光探测器记录每个方向的光束在三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强。
5.如权利要求4所述的部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量方法，其特征在于，所述光探测器为CCD或CMOS。
6.如权利要求1所述的部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量方法，其特征在于，所述扰动为圆形。
7.一种部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量系统，其特征在于，包括：
光束分离组件，用于将待测部分相干矢量光束的各个方向分离；
纯相位空间光调制器，用于对分离的每个方向的光束分别引入三次不同相位赋值的扰动，并对扰动后的每个方向的光束进行傅里叶变换；
光探测器，用于记录每个方向的光束在三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强；
计算机，用于根据三次不同相位赋值和三次不同相位赋值下傅里叶平面的光强，通过反傅里叶变换得到待测部分相干矢量光束的各项交叉谱密度矩阵元；
矢量部分相干激光束的统计特性可以通过空间-频率域的交叉谱密度矩阵表征：
其中，交叉谱密度矩阵元
其中，α＝x，y；β＝x，y，Ex和Ey表示沿着x和y的电场；
待测光经过四分之一波片，再经过偏振片之后的光场分布可以写成：
其中θ是偏振片与坐标系x的夹角，ε是四分之一波片快轴与坐标系x的夹角；
由于交叉谱密度矩阵是一个厄米矩阵，故
当调整偏振片旋转为x方向，此时取θ＝0°旋转四分之一波片快轴与x轴平行ε＝0°，此时Wxx(r1，r2)＝W0，0(r1，r2)；
当调整偏振片旋转为y方向，此时取θ＝90°旋转四分之一波片快轴与x轴平行ε＝0°，此时Wyy(r1，r2)＝W90°，0°(r1，r2)；
当调整偏振片旋转与x呈45°方向，此时取θ＝45°；旋转四分之一波片快轴与x轴平行ε＝0°，测量此时的W45°，0°(r1，r2)；当调整偏振片旋转与x呈135°方向，此时取θ＝135°；旋转四分之一波片快轴与x轴平行ε＝0°，测量此时的W135°，0°(r1，r2)；调整偏振片旋转与x呈45°方向，此时取θ＝45°；旋转四分之一波片快轴与x轴垂直ε＝90°，测量此时的W45°，90°(r1，r2)；调整偏振片旋转与x呈135°方向，此时取θ＝135°旋转四分之一波片快轴与x轴呈90°此时ε＝90°，测量此时的W135°，90°(r，τ)；
交叉谱密度矩阵Wxy(r，τ)的实部为
交叉谱密度矩阵Wxy(r1，r2)的虚部为
8.如权利要求7所述的部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量系统，其特征在于，所述光束分离组件包括四分之一波片和偏振片，通过调节所述四分之一波片和偏振片的角度实现对待测部分相干矢量光束各个方向的分离。
9.如权利要求8所述的部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量系统，其特征在于，还包括分束镜，从所述偏振片出射的光束经过所述分束镜后垂直入射至所述纯相位空间光调制器，并从所述纯相位空间光调制器反射回所述分束镜，再由所述分束镜反射至所述光探测器。
10.如权利要求7所述的部分相干矢量光场交叉谱密度函数的快速测量系统，其特征在于，所述光探测器为CCD或CMOS。
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