部分相干Airy光束在大气湍流中的光强演化与实验研究

发布时间：2019-11-30 23:13

【摘要】：激光在大气中传输时,大气湍流效应严重制约了大气激光通信的实用化发展。为了利用Airy光束的无衍射、自恢复和自弯曲特性抑制大气湍流效应,从而实现远距离无线光通信。本文主要研究部分相干Airy光束在湍流大气中的光强演化,并对其进行相关实验验证。主要研究内容包括以下几个方面:1.根据高斯-谢尔模型(Gaussian Schell-Model,GSM)的交叉谱密度函数、广义Huygens-Fresnel原理以及Rytov相位结构函数二次近似法,推导了部分相干Airy光束在湍流大气中平均光强的表达式。2.分别从传输距离、指数截断因子、特征长度等相关参数对光强分布的影响进行了模拟仿真,讨论了光束自身参数对Airy光束横向加速抛物线轨迹和闪烁指数的影响。3.实验研究了部分相干Airy光束的产生及其传输特性,验证了指数截断因子、特征长度、相干度等参数对部分相干Airy光束光强分布的影响。结果表明:部分相干Airy光束在大气湍流中传输时,随着传播距离的增加、湍流强度的增大,光束的主瓣逐渐扩散、旁瓣衰减也越严重;另外,Airy光束的指数截断因子越小、特征长度越长、相干长度越长,Airy光束的光强分布越清晰。通过理论模拟分析和实验验证,结果一致表明了指数截断因子越小,部分相干Airy光束的主瓣和旁瓣的分布越清晰,同时,较大的特征长度和相干度使得Airy光束的光强分布越完整。
【图文】：

抛物线轨迹,光束,入射角

研究表明了光束入射角的不同会使得 Airy 光束偏转至不同的位置而 Airy 光束抛物线轨迹不会发生改变，图1-1 给出了不同初始入射角下的 Airy 光束抛物线轨迹，其中图 1-1-(a)中的圆环代表障碍物。2009 年，I.Dolev 等人【25】研究讨论了如何通过改变非线性光子晶体的准相位匹配条件来改变 Airy 光束在自由空间的传输轨迹。2011 年，刘升等人【26】通过控制 Airy 光束在光学梯度折射率介质中传输时的加速度，从而得到了多种形式的加速轨迹。2012 年，周国泉等人【27】通过傅里叶变换的方法，实现了对 Airy 光束传输轨迹的控制，通过这种方法既能改变 Airy 光束的加速轨迹

示意图,光束传输,示意图

图 2-1 无限能量 Airy 光束传输示意图Fig.2-1 Diagram of infinite energy Airy beam transmissi轨迹为 2s x z4，速度为v ds d 2，
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN929.1

【参考文献】