Análise comparativa de métodos para geração de feixes parcialmente coerentes

Abstract

A criação do laser iniciou uma busca para se obter feixes cada vez mais coerentes. Em muitas aplicações é interessante ter uma alta coerência, mas em outras não. O feixe parcialmente coerente apresenta vantagens, por ser mais robusto em meios turbulentos. Logo, faz-se necessário saber como gerar, manipular e descrever feixes parcialmente coerentes(PC). Apresentamos duas classes de feixes PC, a primeira e mais antiga é a Gaussian Schell-Model(GSM), a segunda é a Twist Gaussian Schell-Model. Devido à complexidade dos feixes PC, não temos uma representação por meio de um único modo, como na onda plana, ou no modo gaussiano, mas sim um ensemble de modos. Por esse motivo, utilizamos a densidade espectral cruzada, para descrever as correlações entre dois pontos do feixe. Por meio dessa representação, é realizada uma decomposição modal, pelo qual obtemos uma soma incoerente de modos. Neste trabalho apresentamos dois métodos de representação modal: Decomposição em Modos Coerentes; e Decomposição em Pseudo-modos. Os feixes PC podem ser gerados em laboratório, utilizandose um laser e um Modulador Espacial de Luz(SLM). No qual, modulamos o campo do laser, usando máscaras fases que devem reproduzir as decomposições modais, com o intuito de comparar a performance desses métodos para a geração de feixes parcialmente coerentes em laboratório, foram realizadas simulações que modelam o processo óptico necessário para gerar os feixes. No qual, observamos que o método de decomposição coerente necessita de menos modos em comparação aos pseudo-modo, como também apresenta uma fidelidade maior entre a simulação e a teoria, mas tais modos podem ser de difícil acesso experimental viabilizando o uso dos pseudo-modos.

Abstract: The creation of the laser started a quest to obtain increasingly coherent beams. In many applications it is interesting to have high coherence, but in others it is not. The partially coherent beam has advantages, as it is more robust in turbulent environments. Therefore, it is necessary to know how to generate, manipulate and describe partially coherent beams (PC). We present two classes of PC bundles, the first and oldest is the Gaussian Schell-Model(GSM), the second is the Twist Gaussian Schell-Model. Due to the complexity of PC beams, we do not have a representation through a single mode, as in the plane wave, or in the Gaussian mode, but an ensemble of modes. For this reason, we use cross spectral density to describe the correlations between two points on the beam. Through this representation, a modal decomposition is performed, where by we obtain an incoherent sum of modes. In this work we present two methods of modal representation: Decomposition into Coherent Modes; and Decomposition in Pseudo-modes. PC beams can be generated in the laboratory, using an laser and a Spatial Light Modulator(SLM). In which, we modulate the laser field, using phase masks that should reproduce the modal decompositions, in order to compare the performance of these methods for the generation of partially coherent beams in the laboratory, simulations were performed that model the optical process needed to generate the beams. In which, we observed that the coherent decomposition method needs fewer modes compared to the pseudo-modes, as well as presents a greater fidelity between the simulation and the theory, but such modes can be difficult to access experimentally, enabling the use of pseudo-modes.