非匀幅及部分相干部分偏振光束的弱散射特性

发布时间：2017-05-26 17:13

  本文关键词：非匀幅及部分相干部分偏振光束的弱散射特性，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当一束光波照射光学性质不均匀的介质时,其中一些光将偏离原来的方向而向四周散开,这种由于介质光学性质的不均匀性导致光波偏离原来的方向而向四面八方散开的现象称为光波散射。考虑光波与介质相互作用整个过程的多样性,对光波散射现象的研究也可以涉及很多方面,例如：散射介质可以是确定性的或者随机性的、各向同性的或者各向异性的、连续介质或者粒子系统,入射光波可以是单色的或者多色的、标量的或者矢量的。然而直到最近,关于光波散射特性的研究还大量集中在平面波入射的情况。另一方面,在上个世纪六十年代,随着世界上第一台红宝石激光器的问世,使得产生高方向性、高单色性、高相干性及高亮度的激光光束成为可能。之后因光通信、遥感、检测、医疗诊断等实际应用的需求,关于各种激光光束通过各类光学系统及各类介质的传输及散射特性的研究引起了国内外学者极大的兴趣。在此背景下,本论文将在一阶Born近似条件下,研究非匀幅及部分相干部分偏振光束经过确定性或随机性介质的散射特性,并侧重讨论光源参数(例如光源半径、相干度、偏振度、光束轮廓数等)及介质参数(例如介质的有效半径、关联长度等)对散射远场光谱密度、光谱相干度、光谱偏振度、光谱强度涨落的关联以及光谱移动的影响。本论文章节具体安排如下：第一章是本论文的绪论部分,首先给出了本论文的研究背景和现状,通过梳理国内外学者关于光波散射问题的研究现状以及最新的发展趋势,以进一步指出本工作的研究目的和意义。然后介绍了本论文所涉及的研究方法和理论基础,包含三个部分：标量光波弱散射理论；矢量光波弱散射理论；光场的角谱表述方法。第二章研究了非匀幅、部分相干光束的弱散射特性。在本章中,对非匀幅光束的研究是以厄米高斯光束为例,而对部分相干光束的研究则是以最新提出的多高斯谢尔模型光束为例。在对入射光源电场的描述上采用的是平面波角谱表述的方法,通过对其中每束平面波采用光波散射的积分公式得到其经过非均匀介质散射后远场的电场形式,再通过对这些电场进行叠加以得到整束入射光源的散射总场,在求得散射总场的交叉谱密度函数的基础上即可对散射远场光谱密度、光谱相干度等统计光学特性的分布情况进行分析。第三章讨论的是随机电磁光束的弱散射特性,包括两部分内容：将最新提出的标量方形高斯谢尔模型光束推广到其矢量形式,并研究了随机电磁方形高斯谢尔模型光束经过非均匀介质散射后远场光谱密度、光谱相干度及光谱偏振度的分布情况；以随机电磁高斯谢尔模型光束为例,研究了该光束经过随机性介质散射后远场强度涨落关联的分布情况。在本章中,因考虑了光束的偏振特性而将采用矢量的处理手段,并将利用散射远场的交叉谱密度矩阵来研究散射远场的统计光学特性,包括光谱密度、光谱相干度、光谱偏振度以及光谱强度涨落的关联。第四章研究的是部分相干光束弱散射过程中的光谱变化,并具体以方形高斯谢尔模型光束照射确定性介质为例,具体讨论光源半径、相干长度及光束轮廓数等光源参数,介质的有效半径及散射方向对散射远场光谱移动的影响。第五章对本论文做了一个总结,给出本论文的主要结论以及创新点,并提出对未来工作的展望。
【关键词】：光波散射 一阶Born近似 远场近似 平面波角谱表述 近轴近似 厄米高斯光束 多高斯谢尔模型光束 方形高斯谢尔模型光束 随机电磁方形高斯谢尔模型光束 随机电磁高斯谢尔模型光束 确定性介质 随机性介质 交叉谱密度函数 交叉谱密度矩阵 光谱密度 光谱相干度 光谱偏振度 光谱强度涨落的关联 光谱移动
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O436
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 绪论12-31
• 1.1 引言12-16
• 1.2 研究方法和理论基础16-26
• 1.2.1 标量光波弱散射理论16-21
• 1.2.2 矢量光波弱散射理论21-24
• 1.2.3 光场的角谱表述方法24-26
• 参考文献26-31
• 第二章 非匀幅、部分相干光束的弱散射特性31-62
• 2.1 厄米高斯光束的弱散射特性32-45
• 2.2 多高斯谢尔模型光束的弱散射特性45-57
• 2.3 本章小结57-58
• 参考文献58-62
• 第三章 随机电磁光束的弱散射特性62-92
• 3.1 随机电磁方形高斯谢尔模型光束的弱散射特性63-76
• 3.2 随机电磁高斯谢尔模型光束弱散射的强度涨落关联特性76-88
• 3.3 本章小结88-89
• 参考文献89-92
• 第四章 部分相干光束弱散射过程中的光谱变化92-103
• 4.1 方形高斯谢尔模型光束弱散射过程中的光谱变化92-100
• 4.2 本章小结100-101
• 参考文献101-103
• 第五章 总结103-106
• 5.1 主要结论及创新点103-105
• 5.2 未来工作展望105-106
• 攻博期间主要研究成果106-107
• 致谢107

【共引文献】

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本文编号：397548