激光经多模阶跃光纤传播特性研究

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1、ByHon酊eiYuADissertationSubmittedtoGraduateUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofScienceAstrophysicsNanjingInstituteofAstronomicalOpticsandTechnologyChineseAcademyofSciencesMay,2013学位论文版权使用授权书mIIIIIIIHlUlIILIIIIIIIIII

2、IIILIIY2431621本人完全了解中国科学院大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务：学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文。本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊(光盘版)》电子杂志杜。编入CNKI学位论文全文数据库并充实到“学位论文学术不端行为检测系统”比对资源库，同意按章程规定享受相关权益。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：j闽砖指导教师签名：日期：、z—rT

3、-．年r月>子日摘要光纤在现代天文学中有着非常重要和广泛的应用，在同步定标光谱测量系统中，光纤用于将星光信号和参考信号传输到光谱仪中。当多模光纤传输相干光时，由于模式间干涉，在出射端形成散斑图样，影响光谱测量的精度。本课题的研究内容是激光经多模阶跃光纤传输时模式和散斑的变化规律，以及远场光斑散斑图样的消除方法。耦合模理论表明光纤形变可以改变模式分布，根据这一原理使用静态扰模器对光纤加以不同程度的弯曲来改变出射场分布，得到机械扰模对塑料光纤出射场光强分布的影响。根据散斑产生的机制和光探测器的时间响应特性，采用光纤振动法和入射光相位调制法两种

4、方法消除散斑。在改变入射条件，光纤振动频率和幅度，相位板转速的条件下，记录不同的远场光斑进行图像处理和数值拟合，通过中心线光强分布和整场强度分布的对比，得到模式和散斑的变化规律。通过计算对比度衡量散斑消除的效果，结果表明50Hz机械振动能够较好的消除散斑，随机相位板消除散斑的效果稍弱，但由于其可控性和稳定性，是未来研究的一个方向。本课题通过研究激光散斑在静态扰模，动态扰模和相位调制下的变化，阐述激光经多模阶跃光纤的传播特性，有助于激光频率梳在视向速度测量中的应用。关键词：机械扰模，散斑，散斑消除，机械振动，相位调制AbstractOpti

5、calfiberiswidelyusedinmodernastronomy．Inahighresolutionspectrograph，suchastheHARPSatESO,itisusedtotransmitthestarlightandreferencelightintothespectrograph．Whentransmittingthecoherentlight，thespecklesareformedattheoutputbeam，reducingtheprecisionofspectrameasurement．Thisdis

6、sertationfocusesonthemodeandthespecklebehavio‘andthespecklereducingtechniques．Basedonthemodecouplingtheory,theshapechangeofafiberwouldchangethemodedistribution．Soastaticscramblerisusedtobendtheopticalfiberindifferentradiustochangethemodedistribution，testingtheeffectofmech

7、anicalscramblingfortheplasticfibenFromthespeckleformingmechanismandtherespondingcharacteristicofthedetector,thefiber-vibratingandphase．modulationtechniquesaretestedforreducingthespeckles．Underdifferentincidentcondition，frequencyandamplitudeofvibrating，andtherotatingspeedo

8、fthephaseplate，farfieldpatternsarerecordedandprocessed．Bycomparingtheintensitydistributionofcros