基于LCOS的Airy光束阵列生成及其光强闪烁特性的研究

发布时间：2017-12-25 20:20

  本文关键词：基于LCOS的Airy光束阵列生成及其光强闪烁特性的研究　出处：《中国科学院长春光学精密机械与物理研究所》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：Airy光束阵列(Airy beam arrays)作为一种新型的无衍射光源阵列,结合了Airy光束自身抗波前扰动的特性和空间分集技术的优点,能够有效的抑制大气湍流造成的光强闪烁效应,有利于提高自由空间光通信、激光雷达和激光武器等激光大气传输系统链路功率的稳定性。本论文基于补偿后LCoS(Liquid Crystal on Silicon)的高精度波前模拟,研究了基于Fresnel全息透镜法生成Airy光束阵列的方法,对不同闪烁强度下Airy光束阵列的光强闪烁特性,以及Airy光束阵列内部光束的相干性对闪烁抑制效果的影响进行了研究。主要研究内容如下:(1)利用Airy光束阵列的数学模型,仿真了4-Airy光束阵列的动态传输过程,研究了Airy光束阵列的光强闪烁特性,采用闪烁因子(Scintillation index)来评价Airy光束阵列光强闪烁的强弱,比较了Airy光束阵列闪烁因子的三种研究方法的优缺点,确定采用基于LCoS的实验方法来研究Airy光束阵列的光强闪烁效应。(2)研究了基于Fresnel全息透镜法生成Airy光束阵列的改进方法,基于补偿后的LCoS生成了不同数目的Airy光束阵列,具体包括:a)从薄透镜的相位变换原理出发,推导了Fresnel全息透镜法的相位平面和像平面的光学变换关系,证明了像平面的光强是严格的相位平面复振幅的傅立叶变换的平方;b)仿真研究了像差对Fresnel全息透镜法的影响,结果表明:当引入3λ球差时,Airy光束的衍射效果就增大1.9倍,严重影响Airy光束的传输轨迹和光强分布。为此,提出了一种改进的LCoS相位调制曲线测量方法,以此为基础,采用多区域校正的方式,对LCoS固有的波前畸变像差进行了补偿,使LCoS的平面波前模拟精度达到0.14λ(PV值);c)基于补偿后的LCoS,通过对Airy光束相位膜片的中心移动和整体旋转,生成了不同数目的Airy光束阵列。(3)利用功率谱反演法数值模拟了湍流相位屏,搭建了能够模拟强、中、弱闪烁强度的大气湍流动态模拟系统,基于该模拟系统,研究了不同闪烁强度下的Airy光束阵列的光强闪烁特性。结果表明:Airy光束阵列相比单Airy光束光强闪烁抑制效果更好,强、中、弱闪烁情况下,4-Airy光束阵列的闪烁因子分别下降到单Airy光束的46%、29.8%、30%。(4)从部分相干理论出发研究了相干和非相干Airy光束阵列,通过扩展光源光谱宽度和增加空间光程差的方式,生成了相干和非相干2-Airy光束阵列,研究了Airy光束阵列的光束相干性对闪烁抑制效果的影响。结果表明:强、中、弱闪烁情况下,非相干Airy光束阵列的闪烁因子分别下降到相干Airy光束阵列的90%、83%、71%,说明降低Airy光束阵列的构成光束之间的相干性能进一步抑制光强闪烁效应。
【学位授予单位】：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O43

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本文编号：1334293