Главная > Оптика > Оптическая когерентность и квантовая оптика
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

5.4.3. Экспериментальная проверка теоремы эквивалентности

Де Сантис, Гори, Гуаттари и Палма (De Santis, Gori, Guattari and Palma, 1979) провели экспериментальную проверку теоремы эквивалентности для интенсивности излучения, используя оптическую схему, схематично изображенную на рис. 5.13. Гауссовское пятнышко лазерного луча было сфокусировано линзой на стеклянную матовую пластинку Пластинка была помещена в фокальную плоскость линзы за которой следовал амплитудный передаточный фильтр описываемый гауссовской передаточной функцией. Как было впервые продемонстрировано Мартинессом и Спиллером (Martienssen and Spiller, 1964), если матовая пластинка непрерывно вращается, поперечное сечение луча, выходящего из пластинки представляет собой пространственно некогерентный, вторичный источник при условии, что размер пятнышка больше чем масштаб неоднородности матовой стеклянной пластики. Используя теорему Ван Циттерта — Цернике и закон распространения для взаимной спектральной плотности, можно показать, что свет в плоскости которая находится за фильтром представляет собой гауссовский источник модели Шелла. Обнаружено, что среднеквадратичные ширины (дисперсии) двух распределений (5.4.10) и (5.4.11), характеризующих этот источник, зависят от:

(а) дисперсии корреляционной функции неровности поверхности стекляной матовой пластинки;

(б) дисперсии передаточной функции амплитудного фильтра F;

(в) фокуса линзы

Рис. 5.13. Экспериментальная установка, используемая для проверки теоремы эквивалентности для интенсивности излучения. Обозначения объясняются в тексте. (De Santis, Gori, Guattari and Palma, 1979)

Соответствующим образом подбирая эти три параметра, можно изготовить гауссовские источники модели Шелла с требуемыми характристиками.

Угловое распределение интенсивности излучения, создаваемого такими источниками, можно исследовать при помощи оптической системы, состоящей из двух линз Изображение, получаемое от этой системы, сканировалось фотодетектором

В этих экспериментах сначала измерялось угловое распределение гауссовского лазерного луча в отсутствии матовой стеклянной пластинки и амплитудного фильтра Далее, проводились соответствующие измерения с матовой стеклянной пластинкой и амплитудным фильтром. Дисперсии корреляционной функции матовой стеклянной пластинки и передаточной функции фильтра выбирались таким образом, чтобы когерентный лазерный источник и частично когерентный источник модели Шелла удовлетворяли условиям теоремы эквивалентности.

На рис. 5.14 показаны наблюдаемые оптические интенсивности в поперечном сечении когерентного лазерного луча а и луча, вышедшего из невращающейся матовой стеклянной пластинки Средний размер спеклов на рис. 5.14 является грубой мерой среднего квадратичного отклонения поперечных корреляций (порядка света, который выходит из вращающейся пластинки. Было обнаружено, что несмотря на значительную разницу между двумя источниками, распределения интенсивности в дальней зоне, в точности до масштабного множителя, который оставался в этих экспериментах произвольным, совпадают (рис. 5.15).

Фарина, Нардуччи и Коллет (Farina, Narducci and Collett, 1980) использовали другое устройство для проверки некоторых теоретических предсказаний относительно излучения от частично когерентных источников. Это будет обсуждаться позже, в разд. 5.6.4, в связи с гауссовскими лучами модели Шелла. Здесь

Рис. 5.14. Распределение интенсивности в плоскости когерентного лазерного источника а и частично когерентного источника а б. (De Santis, Gori, Guattari and Palma, 1979)

Рис. 5.15. Измеренные угловые распределения для интенсивности излучения (в произвольных, но идентичных единицах), создаваемых двумя источниками, изображенных на рис. 5.14. (De Santis, Gori, Guattari and Palma, 1979)

мы лишь напомним, что вторичный источник, используемый в этих экспериментах, представлял собой расположенный на пути лазерного луча вращающийся фазовый экран, который создавался распылением водяных капель на чистой стеклянной пластинке. Квазиоднородный источник был изготовлен при помощи соответствующего покрытия и было показано, что такой источник действительно генерирует сильно направленные лучи.

Другие методы изготовления источников с разными когерентными свойствами были описаны в литературе. Один из них использует жидкие кристаллы для рассеяния лазерного луча (Scudieri, Bertolotti and Bartolino, 1974; Carter and Bertolotti, 1978).

Когерентные свойства рассеянного света изменяются при воздействии на жидкий кристалл электрического поля постоянного тока. В других методах изменение свойств когерентности света достигается при прохождении его через разнообразные передаточные или голографические фильтры (Courjon and Bulabois, 1979; Courjon, Bulabois and Carter,1981). Были также разработаны методы, в которых когерентность света изменялась в результате его взаимодействия со звуковыми волнами (Ohtsuka and Imai, 1979; Imai and Ohtsuka, 1980; Turunen, Tervonen, Friberg, 1990; Tervonen, Friberg and Turunen, 1992). Был предложен метод генерации гауссовских источников модели Шелла на основе первичных, квазиоднородных источников, используя системы с обратной связью (Dechamps, Courjon and Bulabois, 1983). Источники с управляемой степенью когерентности, созданные с помощью этих и других методов, находят полезные приложения в таких областях как микроденситометрия (Kinzly, 1972; Reynolds and Smith, 1973), измерения ширины линии (Nyyssonen,1977, 1979), литография (Oldham, Subramanian and Neureuther, 1981), где высокая

Рис. 5.16. Улучшение разрешения при изменении спектральной степени когерентности света: а — фотография текста получена на основе пространственно когерентного света от лазера. Образующиеся спеклы затушевывают изображение, делая слова почти неразличимыми; Фотография того же текста, полученная при помощи света от квазиоднородного (т.е. некогерентного в глобальном смысле) источника. Спеклы исчезли и текст стал читаемым. (С разрешения L.M. Narducci and J.D. Farina)

пространственная когерентность света имеет иногда нежелательные эффекты, приводящие к зернистым изображениям, и, следовательно, трудно получить хорошее разрешение. На рис. 5.16 показан пример, демонстрирующий как уменьшение пространственной когерентности может улучшить разрешение.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление