部分相干平顶光束传输于大气湍流中的角扩展

推导出了部分相干平顶光束传输于大气湍流的角扩展及相对角扩展的解析式,并定量地研究了湍流对光束角扩展的影响.用相对角扩展代替角扩展研究大气湍流对光束影响的灵敏度.研究表明随σ0、ω0的增大,M(N)减小,相对角扩展θspturb/θspfree将增大,即湍流对其扩展的影响将增大.本文对所得到的主要结果给予了合理的物理解释.     

厄米-高斯光束通过湍流大气的传输特性

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,推导出了厄米-高斯（H-G）光束的三维光强在湍流大气中的传输方程,研究了H-G光束在湍流大气中的传输特性,并与H-G光束在自由空间中的传输特性进行了比较.研究表明,H-G光束在自由空间传输会保持H-G光束的特征,但是H-G光束在湍流大气中传输其光强要经历3个阶段的变化,最终成为类高斯分布.湍流的增强会使得H-G光束传输经历3个阶段的进程加快,湍流导致H-G光束扩展和最大峰值光强下降.但是,光束阶数越高的H-G光束受到的湍流的影响越小.     

用非相干叠加法研究部分相干光在湍流大气中的光束扩展

以高斯谢尔模型(GSM)光束作为部分相干光的典型例子,研究了部分相干光在湍流大气中的光束扩展.基于广义的惠更斯-菲涅耳原理,采用将GSM光束用高阶厄米-高斯光束的非相干叠加的方法得到了GSM光束在湍流大气中的均方根束宽表达式.研究表明,光束的扩展随着湍流大气的折射率结构常数C2n的增大而加剧,并且有较小相干长度σμ的GSM光束受湍流大气的影响比有较大σμ的GSM光束小.     

高斯-谢尔模光束在湍流大气中的传输特征参数

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和Winger分布函数(WDF)二阶矩的定义,推导出高斯-谢尔模型(GSM)光束在湍流中的均方根束宽、角宽以及M2因子的解析表达式,并进行了详细分析和数值计算.结果表明,它们分别随光束的相干长度σ、束腰宽度w0、波长λ、湍流的折射率起伏结构常数C:和传输距离z的变化而变化.随着C2n和z的增大,以及σ的减小,GSM光束在湍流大气中的均方根束宽、角宽以及M2因子明显增大.     

部分相干双曲余弦高斯光束在湍流大气中传输的光谱变化

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,推导出了部分相干双曲余弦高斯(ChG)光束在湍流大气中的光谱传输方程,研究了湍流对其光谱特性的影响,得出了一些有意义的结论,并给予了合理的物理解释.研究表明,部分相干ChG光束通过湍流大气传输其光谱特性由源光谱、光束相干参数、光束离心参数、大气折射率结构常数和观察点位置等因素共同决定.湍流使轴上点光谱移动量减小.当湍流增强到一定程度时离轴点还存在光谱跃变现象,发生跃变的临界位置和光谱跃变量随湍流的增强而增大.此外,光谱跃变的临界位置随着离心参数的增大而远离传输轴,光谱跃变量随着光束相干参数的增大而增大.     

部分相干平顶光束通过大气湍流的传输特性

基于广义惠更斯菲涅尔理论和矩阵光学方法研究部分相干平顶光束在大气湍流中的传输特性.得到部分相干平顶光束交叉谱密度函数的矩阵解析表达式,通过分析交叉谱密度强度和相干度的变化得到部分相干平顶光对湍流的敏感性与距离传输、阶数的关系,可以看到低阶及远距离传输后的光束敏感性较低,而光束的光源阶数、自身相干特性和传输距离对其相干度的变化影响由于湍流的存在而变小.     

部分相干厄米-高斯光束在湍流大气中的M^2因子

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和Winger分布函数二阶矩的定义,推导出部分相干厄米-高斯（PCHG）光束在湍流中的M^2因子的解析表达式,并进行了数值计算和分析.研究结果表明：湍流中PCHG光束的M^2因子由光束的阶数、相干长度、束腰宽度、波长以及湍流的折射率起伏结构常数和传输距离来决定;随着光束阶数、大气湍流的折射率起伏结构常数以及传输距离的增大,以及光束相干长度的减小,PCHG光束在湍流大气中的M^2因子明显增大;对于给定的传输距离,存在最佳初始束宽使大气湍流中PCHG光束的M^2因子最小;完全相干厄米-高斯光束和高斯-谢尔模型（GSM）光束在大气湍流中的M^2因子变化规律可以作为本文研究的特例.     

部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流大气传输空间相干性的变化

基于广义惠更斯—菲涅尔原理,推导出了部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流大气传输其光谱相干度的解析表达式,并研究了光束的空间相干特性.研究表明,部分相干双曲余弦高斯光束通过自由空间传输其光谱相干度会出现振荡和相位奇异现象,且震荡随光束离心参数δ增大而增强.但是,随着湍流的增强,不同δ的光谱相干度曲线相接近,并呈类高斯分布;此外,在湍流中随着传输距离z的增加光束的空间相干性变差.     

部分空间相干光K参数在湍流大气中的传输

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,采用高斯-谢尔模型（GSM）光束作为部分空间相干光的典型例,研究了GSM光束K参数在湍流大气中的传输.研究表明：湍流要引起GSM光束扩展,但其光强仍然保持高斯分布,所以GSM光束在湍流大气中传输保持K=2不变.     

大气湍流对受光阑限制的多色高斯-谢尔模型光束总光强分布特性的影响

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,采用Rytov相位结构函数二次近似和窗口函数的复高斯展开法,推导出了受光阑限制的多色高斯-谢尔模型(GSM)光束在大气湍流中的总光强公式,详细研究了大气湍流对受光阑限制的多色GSM光束总光强分布特性的影响.研究表明,光束截断参数、光束相干参数和源光谱带宽越小,大气湍流对受光阑限制的多色GSM光束总光强影响就越小.特别地,湍流对受光阑限制的多色GSM光束的影响比无光阑限制时要小;在大气湍流和自由空间中,受光阑限制的多色GSM光束比准单色GSM光束扩展大.     

空心光束在Non-Kolmogorov湍流中的角扩展及传播方向研究

利用两束束宽不同的平顶光束,建立空心光束的理论模型;基于广义惠更斯-菲涅耳原理和积分变换技术,推导出空心光束在Non-Kolmogorov湍流中的二阶矩束宽、扩展角及相对扩展角表达式,定量地分析湍流对空心光束扩展角的影响。研究发现:当3 α3. 11时,扩展角θsp和相对扩展角θ_(sp)/θ_(spfree)随湍流广义指数α的增加而增加;而当3. 11 α4时,θ_(sp)和θ_(sp)/θ_(spfree)均随α的增加而减小。θ_(sp)/θ_(spfree)随遮拦比ε、光束阶数M(N)的增加而减少,即湍流对空心光束扩展角的影响随ε、M(N)的增加而减少。此外,给出不同参数的空心光束在Non-Kolmogorov湍流中二阶矩束宽随传输距离的变化图,研究指出不同参数的空心光束传输于Non-Kolmogorov湍流中可产生相同的传播方向,并对以上结论均作了相关的物理解释。     

涡旋光束嵌套高斯光束在湍流大气中的传输

研究大气湍流波像差中的散焦和像散两种低阶像差对聚焦涡旋光束嵌套高斯光束焦面光强的影响,并用数值模拟的方法分析接收焦面平均光强分布随光束聚焦距离、拓扑荷数、湍流强度等参数的变化特性.结果表明:随着传输距离和大气折射率结构常数的增大,复合光束焦面光强峰值降低,光斑半径增大,光斑漂移现象明显,而接收焦面内的光强分布仍保持其高斯分布规律.说明涡旋光束和高斯光束经大气湍流后具有相同的强度起伏,有利于接收端的相干检测.     

部分相干环形涡旋的特性研究

根据部分相干光的传输理论,介绍了部分相干涡旋在光源平面上光强的分布情况,并以环形涡旋光束为例,做了详细的分析,得出相对宽度s/w0和拓扑荷数m的变化,对z=0截面上的光强I分布的影响。还给出了两束平行、离轴的部分相干环形涡旋光束叠加合成的相干涡旋,分析了在叠加场中光强I随离轴相对距离d/w0和相干参数α变化的情况,并且在相干极限α→∞时,复合相干光涡旋就转化成复合光涡旋。     

修正贝塞尔高斯谢尔光束在湍流中的演变特性

研究了修正贝塞尔高斯谢尔(MBGS)光束在柯尔莫哥诺夫湍流模型下的演变特性,推导了MBGS光束在源平面场的表达式,在此基础上利用广义惠更斯-菲涅尔积分原理获得任意阶修正贝塞尔高斯谢尔光束在经过湍流大气后的平均光强解析表达式.数值计算和分析表明:相关宽度对MBGS光束在湍流大气中的演变特性具有重要影响,增大相关宽度减缓了修正贝塞尔高斯谢尔光束演变为高斯光束的进程,增大了光束经过湍流大气后接收平面的光强.相比于高阶MBGS光束,低阶MBGS光束在湍流大气中传播后能够获得更大的归一化平均光强,但在传播过程中比高阶MBGS光束更早演变为高斯光束.MBGS光束在湍流大气中传播时,相关宽度优化选取后的低阶、短波长MBGS光束具备更强的抗干扰性.     

离轴扭曲各向异性高斯-谢尔模型光束在湍流大气中的传播

该文基于广义惠更斯-菲涅耳原理,利用部分相干光复曲率张量推导出了离轴扭曲各向异性高斯-谢尔模型光束在湍流大气中传播的解析表达式,详细研究了该类光束在湍流大气中的传播特性.研究表明:离轴扭曲各向异性高斯-谢尔模型光束光斑在湍流大气中将退化为非离轴高斯圆形光斑;离轴参数与传播距离之间的关系曲线随着湍流强度的减弱、扭曲参数的增大以及光源相干性减弱变化缓慢.结果还表明,利用部分相干光复曲率张量分析各类高斯-谢尔光束在大气湍流中的传播和变换特性是一种简单有效的方法.     

部分相干涡旋光束在揣流大气中的相干性

根据广义的惠更斯-菲涅耳原理,得到了部分相干涡旋光束在湍流大气中传输时光谱相干性的理论表达式,然后详细研究了光束在湍流介质中传输时相干性的变化规律.研究表明,部分相干涡旋光束通过湍流介质后,光束的相干性主要受到湍流扰动强弱和光束所带的拓扑电荷数多少的影响,而与光源本身的相干性无关.光源所带的拓扑电荷数越多,光束的相干性越差;湍流扰动越强,光束的相干性越好.     

部分相干光束在湍流大气中传输时的偏振变化

根据电磁高斯-谢尔模型(EGSM)光束在湍流大气中传输时偏振特性的理论模型,研究EGSM光束在湍流介质中传输时整个光场的偏振特性.考察光源的偏振度、光源平面x,y两个方向的相干长度,以及光斑大小对光束偏振特性的影响.研究结果表明,部分相干光在湍流介质中传输时,偏振特性不仅会随着传输距离的增加而变化,而且在同一观察面内(z固定),偏振度也随位置的不同而不同.     

部分相干电磁光束在湍流大气中传输的交叉偏振度

推导部分相干电磁高斯-谢尔模型光束在湍流大气中的交叉谱密度矩阵.根据交叉偏振度的理论,研究部分相干电磁光束在湍流大气中的交叉偏振度的变化情况.研究表明,部分相干电磁光束的交叉偏振度由大气折射率结构常数、光源相关长度、光束初始偏振度和观察点位置决定.交叉偏振度不同于一般偏振度,它的值不再仅仅局限在0～1,而是可以取任何非...     

复宗量厄米双曲余弦高斯光束在湍流大气中的传输特性

根据广义的惠更斯-菲涅耳原理,推导了复宗量厄米双曲余弦高斯(EHChG)光束在湍流大气中传输时光强分布的理论公式,并研究光束在湍流大气中的传输变化规律.研究发现,EHChG光束在湍流大气中传输时,光强分布均趋于高斯分布.在湍流大气的影响下,EHChG光束由完全相干光变成部分相干光,并且随着传输距离和湍流强度的增加,光束...     

非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束远场传输特性

为了研究非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束远场传输特性,从非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束概念出发,运用Wigner分布函数,对非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束远场特性进行了理论分析,得出了一阶情况下的解析传输公式及光强分布表达式,根据仿真结果分析出表达式中3个主要参数f、fσ、g对厄米-余弦-高斯光束在自由空间传输的影响,在调制参数g一定时,束腰参数f和相干参数fσ对非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束的非傍轴性起了至关重要的作用;非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束在传输过程中当g不变时,其远场发散角的渐进值也会因fσ的增大而减小.