传像光纤束单丝芯径大小对光纤像面全息图的影响VIP免费

©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net3国家自然科学基金资助项目。收稿日期:1996年6月23日;收到修改稿日期:1996年12月16日第17卷第10期光学学报Vol.17,No.101997年10月ACTAOPTICASINICAOctober,1997传像光纤束单丝芯径大小对光纤像面全息图的影响3于助宋伟贺光裕满德发(哈尔滨理工大学激光研究所,哈尔滨150080)摘要光纤像面全息可以获得较高衍射效率的全息图和再现较大的物像。文中分析了相干光激励下传像光纤束单丝芯径的大小对其输出光场的影响,以及输出光场中低阶模与高阶模对全息照相的不同作用,在此基础上,提出缩小传像束单丝芯径、增多单丝根数,可以提高光纤像面全息图衍射效率和分辨率的观点,并通过实验进行了验证。关键词传像光纤束,像面全息,衍射效率,分辨率。1引言对处于封闭系统内部、远距离或危险环境中的物体进行全息记录和检测时,须使用传像光纤束将物体的信息光波传输至方便的地方进行操作。众所周知,传像光纤束是由大量芯径较细的单根多模光纤作相关密集排列组成。在相干光激励下,由于模间干涉,其输出光场呈亮、暗光斑相间的空间分布,谓之模斑场[1],这种偏振性消失的不均匀模斑场是造成光纤全息图衍射效率和分辨率下降的主要原因[2]。在分析了多模光纤传输的低阶模和高阶模对全息照相的贡献不等同的基础上,认为用增大传像束芯子半径来增多模式数目,以使模斑场更均匀的办法不可取,相反,缩小传像束单丝芯径、增多单位横截面中的单丝根数,才能提高光纤像面全息图的衍射效率和分辨率。光纤像面全息是用成像耦合透镜,将被测物体的像清晰地成在传像束的输入端面上,再用成像透镜将输出端面物体的像成在全息底片附近,用参考光记录。可根据需要将像放大,又由于透镜的会聚作用,增加了全息底片上单位面积的模斑数,提高了模斑场的均匀性,比一般光纤全息具有更大的实用价值。本文通过实验分析对比了不同单丝芯径传像束输出的模斑场的结构差异;分别用不同芯径传像束记录全息光栅并测定它们的衍射效率;记录分辨率板的像面全息图并测定它们的分辨率;记录实物光纤像面全息图并进行对比;最后证明了细单丝芯径传像束用于光纤像面全息,将获得较高衍射效率和分辨率。©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net2传像光纤束输出的模斑场在相干光激励下,传像束输出端面的光场可表述为[3]E(r,z=L,t)=≤i≤mEmi(r)cmiexp[j(Ξ0t-ΒmiL)]F(t-tmi)(1)其光强分布为I(r,z=L,t)=≤i≤m�cmiEmi(r)�2+≤i≠k≤≤m≠n≤Emi(r)�Enk(r)cmic3nk×exp[j(Βnk-Βmi)L]〈F(t)F3(t+�tnk-tmi�)〉(2)式中第一项为不相干的模式形成的均匀场,第二项为相干形成的模斑场。出射后的远场分布为端面光场的衍射放大[4],与(2)式一致。这种光场显然是准均匀的,并且随着模斑数的增多而愈均匀。模式之间的干涉虽然是一种随机过程,但输出的模斑场是稳定的,只是偏振性消失,相干度有些下降。用模斑场记录的全息图较直接用激光所拍摄的全息图衍射效率和分辨率等都有所下降。增多模斑数,使光场趋于均匀,是减小模斑场对全息照相影响的一条途径。由于模斑数与光纤中传导的模式数大致相等,所以欲增多模斑数,必须增多实际传输的模式数。增多模式数有两条途径。第一,增大多模光纤可传输的模式总数,可通过增大芯子半径、相对折射率之差或者通过调整光源对光纤始端的激发耦合方式来获得[5],但对光纤全息照相来说,这个方法不可行。因为这样增多的是高次模数目。由于高次模能量低,相干性差,稳定性和抗干扰能力也较差,而且易损耗、噪声大,因此用这种方法实现的准均匀光场,信噪比没有提高[6],对全息照相不利。另外,虽然单根多模光纤其可能传输的模式数与半径的平方成正比,但实际传输的激发模数目并不如此,尤其在弱波导和准直耦合的情况下,只有少量的模式被激发,而且大部分光功率被限制在几个低次模式中[6,7],所以,用增大传像束单丝芯径来增多模式数以改善模斑场均匀性的方法,对全息照相来说并不是一个好方法。增多模式数的第二条途径是增多低次模数目,改善模斑场成份。这可以通过缩小传像束单丝芯径、增多单位横截...