【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学，尤其涉及一种产生部分相干光源的装置及其控制方法。
技术介绍
1、光学研究中，通常把单色点光源发出的光视为完全相干光，另一种极端的情况是非相干光，光学研究是在这两种理想状态下进行拓展，但纯粹的相干光或者非相干光都是不存在的。实际物理光源总是具有一定的空间尺度并包含众多辐射单元，其光谱具有一定宽度，更普遍的则是介乎两者之间的“部分相干光”。
2、部分相干光自身优点为：能够克服完全相干光会出现的散斑、边缘效应、成环和焦移等影响，减少干扰效应。而相干特性与偏振性质会很大程度的影响光束在传输过程中的质量，激光散斑的出现使得许多成像受到影响，因此部分相干光的研究将有利于成像系统中降低散斑程度。
3、相较采用高相干激光作为照明光源的数字全息显微技术，虽然其全息图具有高的对比度，但是相干照明带来的相干噪声会降低再现像的信噪比，而基于部分相干照明的数字全息显微技术，在保证相位测量精度的前提下，可以有效降低相干噪声。由于部分相干光较相干光更易获得，且在遥感探测中受大气湍流的影响更小，因此部分相干光的旋转多普勒效应研究更具应用价值。
4、部分相干光通过归一化复相干度来定量表示其特征，介于0～1之间，使得部分相干光的应用具有极大的宽度，因此，对部分相干光源控制以获得稳定相干度的部分相干光具有重要的应用价值和现实意义。
5、通过降低光源的相干性，目前有多种方法来获得部分相干光，比如采用多模光纤或者多束光纤进行耦合提供光源，使用运动散射体或相移器降低光源的相干性，采用了在干涉系统中加入滤片
技术实现思路
1、本专利技术为解决现有技术存在的部分相干光的稳定难以控制的问题，提供了一种产生部分相干光源的装置及其控制方法。
2、为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供了一种产生部分相干光源装置的控制方法，包括以下步骤：
3、1)获取部分相干光源的预设相干度，并根据预设相干度计算得到滤片预设速度；
4、2)根据滤片预设速度和滤片的半径计算得到滤片预设角速度，并通过滤片调速模块根据滤片预设角速度控制滤片旋转；
5、3)获取滤片实时角速度，并将滤片预设角速度和滤片实时角速度输入p id控制器；
6、4)获取p id控制器输出的角速度补偿值，根据滤片预设角速度和角速度补偿值得到补偿后角速度，并根据补偿后角速度实时调整滤片角速度以获得稳定相干度的部分相干光源。
7、进一步的，上述步骤1)中滤片预设速度通过预设相干度代入相干度函数式中计算得到；
8、相干度函数式表示为：
9、
10、
11、式中，γ(τ)表示相干度，τr表示测试光路和参考光的延迟时间，ν表示滤片预设速度，d表示入射光瞳直径，z表示滤片到成像系统入瞳的距离，λ表示入射波长，d(p)表示滤片在p点的厚度，sd表示入射光瞳面积，n表示介质的折射率，c表示光在真空中的速度。
12、进一步的，上述的步骤1)中得到测试光路和参考光的延迟时间τr的方法为：
13、用δ(p1)表示p1点透过的光场受到的时间延迟，
14、用δ(p2)表示p2点透过的光场受到的时间延迟，
15、则：
16、
17、
18、式中，d0表示滤片的最大厚度，n表示介质的折射率，c表示光在真空中的速度；
19、在准单色条件下，p1、p2两点透射因滤片造成的时延差为：
20、
21、式中，δd(p)表示p1和p2的厚度差；
22、p点厚度d(p)取统计平均值，将测试光路和参考光的延迟时间τr视为以x,y轴作为变量的函数，则测试光路和参考光的时间延迟τr表示为：
23、
24、公式(6)变形为：
25、
26、用z表示滤片到成像系统入瞳的距离，d表示入瞳直径，λ表示入射波长，则将公式(7)变形得到公式(2)。
27、进一步的，上述步骤4)中角速度补偿公式表示为：
28、角速度补偿值＝kp*e(t)+ki*∫e(t)dt+kd*de(t)/dt
29、式中，kp是比例系数，ki是积分系数，kd是微分系数，e(t)表示滤片预设角速度和滤片实时角速度之间的误差，de(t)/dt是误差的导数，即误差的变化率。。
30、进一步的，上述一种产生部分相干光源的方法所采用的装置，包括激光器、设置于激光器光路上的滤波片、部分相干光源产生光路组件和控制模块，其特征在于：
31、所述部分相干光源产生光路组件包括滤波片后光路上依次设置的扩束器、滤片、分光器和条纹测试校准系统；所述的分光器上连接有透镜；
32、所述控制模块中包括p id控制器和滤片调速模块，滤片通过滤片调速模块进行调速控制。
33、与现有技术相比，本专利技术的优点为：
34、1)本专利技术方法中建立了滤片物性参数与相干度关系算法，这些滤片物性参数包括折射率、厚度、表面粗糙度、旋转速度，其中折射率、厚度、表面粗糙度为算法定量，旋转速度为算法变量，通过调整旋转速度获得对应相干度的部分相干光。
35、2)本专利技术方法中，滤片作为一种薄透射物体，由于具有表面粗糙度，准单色光的透射会经受时间的延迟，当滤片匀速旋转时，不同角速度参数下，延迟时间不同，从而产生不同的时间相干性。通过提供测试光路和参考光的延迟时间τr的计算方法，获得相干度的函数公式，从而对相干度进行定量的计算。
36、3)控制模块具备pid控制器自检和输出的角速度补偿功能：由于不同滤片的重量差异，会给旋转装置的负载造成差异性，通过pid控制器自检并发出输出的角速度补偿指令，滤片能够稳定在设置的旋转速度参数，保持稳定的相干度。
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1.一种产生部分相干光源装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种产生部分相干光源装置的控制方法，其特征在于，所述步骤1)中滤片预设速度通过预设相干度代入相干度函数式中计算得到；
3.根据权利要求2所述的一种产生部分相干光源装置的控制方法，其特征在于，所述的步骤1)中得到测试光路和参考光的延迟时间τR的方法为：
4.根据权利要求3所述的一种产生部分相干光源装置的控制方法，其特征在于，所述步骤4)中角速度补偿公式表示为：
5.根据权利要求1所述的一种产生部分相干光源的方法所采用的装置，包括激光器(10)、设置于激光器(10)光路上的滤波片(20)、部分相干光源产生光路组件和控制模块，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种产生部分相干光源装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种产生部分相干光源装置的控制方法，其特征在于，所述步骤1)中滤片预设速度通过预设相干度代入相干度函数式中计算得到；
3.根据权利要求2所述的一种产生部分相干光源装置的控制方法，其特征在于，所述的步骤1)中得到测试光路和参考...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡小英，王帅，刘爽，景心怡，郑珊，张亚葛，张莉，兰博垚，张勇波，高源，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：
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