拉盖尔—高斯关联光束在非Kolmogorov湍流中的传输特性及其捕获特性的研究

发布时间：2020-08-09 21:56

【摘要】：高相干性是激光的一个重要特点。研究表明,相较于完全相干光束,部分相干光束具有更均匀的光强分布,并且在传输时受到大气湍流的影响更小。以往所研究的部分相干光束的关联结构为高斯函数分布,实际上,通过对光束的空间关联结构进行调控,可以得到具有特殊关联结构的部分相干光束。具有特殊关联结构的部分相干光束由于其独特的性质,近年来更是得到了广泛的关注。鉴于此,本论文的主要研究内容如下:(1)基于拓展的惠更斯-菲涅尔原理(Huygens-Fresnel principle)、交叉谱密度(CSD:Cross-Spectral Density)函数和维格纳分布函数(WDF:Wigner distribution function),推导了拉盖尔-高斯关联(LGCSM)光束在非K谱湍流中传输时的平均光强、方均根角宽度、传输因子(M ~2因子)的表达式。通过数值计算分析了光束参数和湍流参数的变化对平均光强、方均根角宽度、M ~2因子的影响。并比较了LGCSM光束和GSM光束在非K谱湍流中传输时归一化M ~2因子的大小,得出了LGCSM光束受到湍流的影响更小的结论。(2)基于柯林斯公式和瑞利散射理论,研究了LGCSM光束通过ABCD系统的聚焦特性、对瑞利电介质微粒的捕获特性。通过数值计算发现通过改变光束参数,可以对光强分布进行调节,从而可以实现对两类具有不同折射率的瑞利电介质微粒进行捕获。(3)基于理查德-沃尔夫矢量衍射理论,研究了椭圆对称拉盖尔-高斯矢量光束的紧聚焦特性。研究发现,通过高数值孔径物镜聚焦后的光斑会发生分裂现象,并且可以通过调节光束参数对光强分布进行调节。(5)利用Mach-Zehnder干涉仪搭建了两套实验装置,分别用于产生柱矢量光束和椭圆对称拉盖尔高斯矢量光束。并将实验结果与理论模拟结果进行了对比。
【学位授予单位】：安徽师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN24
【图文】：

光束,阶数,横截面,宽度

图 2.6.1 具有不同的光束阶数n和横截面相干宽度的 LGCSM 光束在非 K 谱湍流中传输不同距离时的归一化光强。其中2 14 310nC m ， 632.8nm， 1mm， 10， 3.8，0L 1m，0l 0.01m。

湍流,归一化,不同参数,光束

图 2.6.2 LGCSM 光束在具有不同参数的湍流中传输6km时的归一化光强。其中 n 1， 1.5mm，(a)2 14 310nC m ,0L 1m,0l 0.01m; (b), 3.8, ;(c) ,, 3.8;(d) 3.8, , 。

角宽度,光束,阶数,湍流

2M 因子进行了数值计算。图2.6.3给出了具有不同阶数的LGCSM 光束在非K 谱湍流中传输时归一化方均根角宽度随传输距离的变化。当阶数 n 0时 LGCSM 光束退化为 GSM 光束。从图 2.6.3 中可以看出，随着传输距离的增加，归一化方均根角宽度也不断增加。并且，光束的阶数越大，其归一化方均根角宽度越小。这是因为具有更高阶数的 LGCSM 光束受到湍流的影响更小。在图 2.6.4-图 2.6.6 中所使用的参数与图 2.6.3 中所使用的参数相同。图 2.6.4-图 2.6.6 表示当 LGCSM 光束在非 K 谱湍流中的传输距离为 z 6km时，归一化2M 因子随光束参数或湍流参数的变化情况。由图 2.6.4(a)和图 2.6.4(b)可以得出随着波长或光束腰宽的增大归一化2M 因子则会减小。而图 2.6.4(c)则表明2M 因子会随着横

【参考文献】