GLAD应用：部分相干光模拟

kyan2022

概述

一个理想的单色点光源发射的光是完全相干光。但实际物理光源不是点源，总是具有一定的空间尺度并包含众多辐射单元，其发出的光也非严格的单色光,其光谱具有一定宽度，这种光即部分相干光。产生部分相干光主要有三种方法：
（1）降低激光的相干性来获得部分相干光。用动态散射体降低激光的相干性，通过控制散射体的性质来控制散射体后光束的相干性。（2）利用Van-Citter-Zernike定理使扩展光源发出的非相干光成为部分相干光。（3）将一些互不相干的激光本征模叠加来产生部分相干光束。

系统描述

本例介绍了如何上述第二种方法来实现部分相干光的建模。如图1所示，整体结构是一个科勒照明系统。一个聚光元件将非相干光源传递到转像透镜的入瞳处。非相干光源照亮物体掩膜面，并在最后的像面上得到适当放大的像。为了对光束合理采样，光源放在物体掩膜的共轭面处，以便光源具有一定的尺寸，而不是理想点光源。对于具有一定尺寸的光源，它所成的像就是部分相干的。当光源大到可以填满转像透镜入瞳时，其所成的像就将是非相干的。


图1.部分相干光建模示意图

部分相干光的建模过程为：将光源看作无数的点光源，每个点光源通过系统成像，并在成像面上进行非相干叠加。因为点光源发出的光线要通过整个系统，所以点光源的数目一定要尽量小。一个完整的相干系统只需要一个点光源，而部分相干系统可能需要10个，而非相干系统差不多要求50个。

模拟结果


图.1 object mask的初始分布


图.2 完全相干时点光源在转像透镜入瞳处所成的像

  
图.3 完全相干时object mask所成的像


图.4 部分相干时点光源在转像透镜入瞳处所成的像

  
图.5 部分相干时object mask所成的像


图.6 完全不相干时点光源在转像透镜入瞳处所成的像


图.7 完全不相干时object mask所成的像