利用空间光调制器研究多模光纤的散斑特性

In today's astronomical observation, the precision of measured spectra are greatly improved by using optical frequency comb as calibration source. After transmitting by the multimode fiber, the coherent beam from the optical frequency comb show speckles in the far field, which would worse the precision of the spectra. The phase modulation of the input beam could suppress the speckles, but the phase variation introduced in the experiment is not well controlled. In order to find the relation between the speckles and the phase of the beam, the beam phase should be precisely controlled. By studying the speckles under different phase condition, we would like to reveal the relationship between the two factors. We propose using a spatial light modulator to modulate the phase of the incident beam，meanwhile simulating the speckle generating procedure. Exploring the simulated and experimental speckle patterns under different phase condition, we would establish a model to describe the phase and the speckles. This would lay the foundation for using spatial light modulator to suppress speckles.

在当今的天文观测中，使用光学频率梳对天体光谱进行标定，大大提高了光谱的测量精度。使用多模光纤传输光学频率梳输出的相干光时，出射光场所出现散斑现象，将影响光谱的标定精度。采用入射光相位调制能够抑制散斑，但目前实验中所采用的相位调制均属于无规则调制，未实现相位分布的精确控制。要想得到准确的光束相位与散斑之间的关系，需要对光束的相位进行精确控制。通过对不同相位条件下的散斑进行比较与分析，从而找出光束相位与散斑间的关系。本项目期望利用空间光调制器对光纤的入射光进行精确的相位调制，同时进行散斑的理论模拟。通过测量不同相位条件下的散斑，将实验结果与理论模拟相结合，研究不同相位调制条件下的散斑特性。建立描述相位和散斑间关系的数学模型，为使用空间光调制器消除散斑进行有益的探索。.

采用天文光梳对天体光谱进行定标，能够大大提高光谱的测量精度。但是使用多模光纤传输天文光梳输出的相干光时，出射光场所出现散斑现象，将影响光谱的标定精度。本项目利用空间光调制器对光纤的入射光进行相位调制，以便达到抑制了散斑效应，改善了散斑对比度的目的。通过研究，我们由Gerchberg-Saxton算法计算出一系列相位全息图，然后将该图输入到空间光调制器，经过到空间光调制器的光将被相位调制，再在远场接收到含有散斑的衍射图。然后选用适当的积分时间，通过一系列相位全息图所产生输出光束的叠加，最终改善散斑效应。同时进行了散斑的形成过程的数值模拟，对散斑的形成和抑制有了更进一步的认识。基于本项目的研究结果，在安装于国家天文台兴隆观测站216望远镜高分辨光谱仪天文光梳定标系统上的天文光梳定标系统中，采用八边形光纤和动态扰模，很好地抑制了散斑对定标精度的影响，最终获得了优于20cm/s的短期定标精度。