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发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: ( 9 )多模光纤束斑纹场的某些特性
发信站: 哈工大紫丁香 (Sat May 10 13:54:35 2003) , 转信

多模光纤束斑纹场的某些特性
华家宁　谢　蕾　李　震　吴　栋
　　提要：本文研究多模光纤束斑纹场经透镜后的光场特性以及两种有应用价值的
斑纹场实验。
　　关键词：多模光纤束，斑纹场
Some properties of speckle fields emitted multimode fiber-optic boundle
Hua Jianing　Xie Lei　Li Zhen　Wu Dong
(Physics Department,Nanjing Normal University,Nanjing　210097)
Abstract:In this paper,we study the properties of speckle fields emitted
multimode fiber-optic boundle (MFOB) through a lens and present two experi
ments of applied value.
　　Key words:multimode fiber-optic boundle,speckle field
1　引言
　　近年来对多模光纤束(MFOB)斑纹场的特性及应用研究只在少数几篇论文中见到
〔1-3〕。光线可在光纤中弯曲传播，可伸入到物体内部，而且系统的光学元件也可大
大减少，多模光纤束又具有输入耦合容易，光能量损失极小，输出光场稳定等特点。
因此，多模光纤束斑纹场是有一定应
价值的。本 在以前发表的论文〔1〕的基础上再补充一些在斑纹测量方面有应用
价值的内容和实验。
2　多模光纤束(MFOB)出射光通过透镜以后的斑纹场
　　单根多模光纤在自由空间斑纹场的散斑直径d≈2λz/πa〔3〕，其中a为光纤蕊
半径，Z为光纤出射面至观察平面的距离，λ为真空波长。单根多模光纤出射光通过
透镜以后的散斑大小已有论文〔4〕推出。可知在光纤输出面的成象面上散斑直径β＝
Zo/λl1，其中Zo是光源的空间自相干
长度，l1是光纤输出面到透镜的距离。当l1=f(透镜焦距)时，β＝Zo1+(l2/f)2，其
中l2是观察平面至透镜的距离。多模光纤束由于密集排列的光纤在邻近区域会产生模
激励，形成不同光纤之间的模耦合，因此在激光激励下其输出光场要比单根多模光纤
复杂得多。在斑纹测量中散斑越细其测量精度就越高。自由空间散斑大小与光纤输出
面至观察面的距离成正比。在远距离目标测量中，由于散斑太大无法进行精确测量，
若使出射光通过透镜，选择合适的透镜焦距f，改变l1、l2来调节散斑大小，选择测量
所需的散斑尺寸。本文图1是He－Ne激光多模光纤束自由散斑的照片，此时光纤束输出
面至观察面的距离为91.6厘米。图2是相同条件下通过透镜后的散斑照
片，此时l1＝52.1厘米，l2=39.5厘米，f=40厘米。可以明显地看出，通过透镜后的散
斑要比相同距离处自由散斑小得多。
　　
图1　多模光纤束自由斑纹场照片　　
图2　多模光纤束出射光经透镜后的斑纹场照片
3　两个有应用价值的斑纹实验
3.1　用多模光纤束(MFOB)斑纹场测量透明固体折射率和厚度的实验
　　本实验采用的光路见图3，其中L1为准直透镜，L2为成象透镜，它将L1平面成象
于感光板H上，A为测试物体，在本实验中采用厚度为2.5厘米的平面平晶。
2　多模光纤束(MFOB)出射光通过透镜以后的斑纹场
　　单根多模光纤在自由空间斑纹场的散斑直径d≈2λz/πa〔3〕，其中a为光纤蕊
半径，Z为光纤出射面至观察平面的距离，λ为真空波长。单根多模光纤出射光通过
透镜以后的散斑大小已有论文〔4〕推出。可知在光纤输出面的成象面上散斑直径β＝
Zo/λl1，其中Zo是光源的空间自相干
长度，l1是光纤输出面到透镜的距离。当l1=f(透镜焦距)时，β＝Zo1+(l2/f)2，其
中l2是观察平面至透镜的距离。多模光纤束由于密集排列的光纤在邻近区域会产生模
激励，形成不同光纤之间的模耦合，因此在激光激励下其输出光场要比单根多模光纤
复杂得多。在斑纹测量中散斑越细其测量精度就越高。自由空间散斑大小与光纤输出
面至观察面的距离成正比。在远距离目标测量中，由于散斑太大无法进行精确测量，
若使出射光通过透镜，选择合适的透镜焦距f，改变l1、l2来调节散斑大小，选择测量
所需的散斑尺寸。本文图1是He－Ne激光多模光纤束自由散斑的照片，此时光纤束输出
面至观察面的距离为91.6厘米。图2是相同条件下通过透镜后的散斑照
片，此时l1＝52.1厘米，l2=39.5厘米，f=40厘米。可以明显地看出，通过透镜后的散
斑要比相同距离处自由散斑小得多。
　　
图1　多模光纤束自由斑纹场照片　　
图2　多模光纤束出射光经透镜后的斑纹场照片
3　两个有应用价值的斑纹实验
3.1　用多模光纤束(MFOB)斑纹场测量透明固体折射率和厚度的实验
　　本实验采用的光路见图3，其中L1为准直透镜，L2为成象透镜，它将L1平面成象
于感光板H上，A为测试物体，在本实验中采用厚度为2.5厘米的平面平晶。
　　将平面平晶转过一个小角度Δθ，前后两次曝光，拍摄斑纹图。用逐点分析法
〔5〕在观察屏上看到清晰的杨化条纹。图4是 う取?.75°再现的杨氏条纹照片，图5
是 θ≈1°时杨氏条纹的照片。由再现的杨氏条纹间距可得透明平板转过Δθ角平
移的距离Δd，若已知平板入射角θ1和
Δθ可得出透明平板的厚度和折射率〔5〕。
　　
图3　测量透明固体折射率和厚度的实验光路　　
图4 ˇう取?.75°时再现的杨氏条纹照片　　
图5 ˇう取?°时再现的杨氏条纹照片　　
　　用准直后的多模光纤束斑纹场照射平面反射物体，在离平面反射物体一定距离
处置一感光干板，使其平面与反射平面平行。将反射平面转过一个很小的角度，前后
两次曝光，拍得激光斑纹图，用逐点分析法可观察到清晰的杨氏条纹，见图6所示。
　
图6　平面反射物体转过一个小角度再现的杨氏条纹照片3.2　用多模光纤束斑纹场
测平面反射物体转角的实验
作者单位:南京师范大学物理系，南京　210097
参 考 文 献 〔1〕　华家宁，多模光纤束斑纹场及其应用，中国激光，1994，A21(
6)：469
〔2〕　孙远坤等，多模光纤束产生的散斑场全息照相，光学学报，1988，8(2)：14
5
〔3〕　N.Takai and Asakura,statistical properties of laser speckles produ
ced under illumination from a multimode optical fiber,J.Opt.Am,1985,A2:128
2
〔4〕　徐育，多模光纤出射的光通过透镜后的场分布，应用激光，1991，11(2)：7
7
〔5〕　王仕王　番等.全息干涉度量学—理论与实践，科学出版社，北京，第一版
，1989，245、258--



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