部分相干光束的传输及散射特性研究

发布时间：2017-09-21 15:14

  本文关键词：部分相干光束的传输及散射特性研究

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【摘要】：部分相干光束相关研究已经成为现代光学的一个重要分支。由于其丰富的物理性质和效应以及极具潜力的应用前景,部分相干光束正不断展现其生命力和重要性。部分相干光束在远场的光强分布与其在源平面的相干函数结构有着密切的关系,因此其在光束整型方面有非常重要的应用前景,相干函数为非高斯分布的部分相干光束即特殊关联部分相干光束最近得到人们的极大关注。由于部分相干光束在激光通信、成像以及目标跟踪等领域中的重要应用价值,部分相干光束在随机介质中的传输问题一直是人们研究的热点。奇点光学的研究最近已经从完全相干光束的位相奇点拓展到部分相干光束的相干奇点,部分相干光束传输中的相干奇点研究是一个值得关注的课题。由相干性引起的部分相干光束传输中的光谱变化现象,称为相干诱导光谱变化,在自由空间光通信中有重要的研究价值。对部分相干光束散射统计特性的研究则始终是备受关注的一个基础性学术研究课题。我们提出了新型的部分相干光束理论模型。具体提出了多高斯谢尔模型涡旋光束的理论模型,并推导了其经傍轴ABCD光学系统传输后交叉谱密度函数的表达式。结果表明,涡旋位相对多高斯谢尔模型涡旋光束聚焦光场的光强分布有显著的影响,通过改变拓扑荷数、横向相干宽度以及光束指数,我们可以调节聚焦光场的光强分布。提出一种新的随机源,即椭圆多高斯谢尔模型源,其产生的椭圆多高斯谢尔模型光束在远场处为椭圆平顶分布。推导了椭圆多高斯谢尔模型光束的传输因子和傍轴传输公式的解析形式。数值模拟结果表明,远场处光场椭圆平顶分布的椭圆率及平坦程度分别决定于光束的空间相干宽度和光束指数。研究了携带涡旋位相的部分相干标准及复宗量拉盖尔-高斯光束的传输特性。具体研究了部分相干标准及复宗量拉盖尔-高斯光束在自由空间的非傍轴传输特性。推导了非傍轴部分相干标准及复宗量拉盖尔-高斯光束经自由空间传输光谱强度的解析表达式。通过数值模拟对比研究了傍轴和非傍轴部分相干标准及复宗量拉盖尔-高斯光束的平均强度和光谱移动,探讨了傍轴和非傍轴传输特性的区别,分析了部分相干标准拉盖尔-高斯光束和部分相干复宗量拉盖尔-高斯光束传输特性的区别。研究了部分相干标准及复宗量拉盖尔-高斯光束在湍流大气中的光谱移动。具体分析了光束参数和湍流大气折射率结构常数对光谱移动的影响。与部分相干标准拉盖尔-高斯光束相比,部分相干复宗量拉盖尔-高斯光束受湍流大气的影响更小,探讨了影响这一区别的因素。研究了径向偏振部分相干光束相干奇点的演化特性。推导了描述径向偏振部分相干光束在自由空间传输相干奇点空间分布规律的解析表达式,分析并得到了相干奇点存在的条件。通过数值模拟探讨了光束参数和参考点的选取对相干奇点演化规律的影响。研究了矢量部分相干平面波脉冲经确定球形介质的散射,并推导了远场处散射场偏振度的解析表达式。对稳态矢量部分相干光束散射场的偏振度和矢量部分相干平面波脉冲散射场的偏振度分别作了数值分析和对比。结果表明,与稳态矢量部分相干光束散射场的偏振度不同,矢量部分相干平面波脉冲散射场的偏振度与球形介质尺寸有密切的关系,该现象可用来研究散射的逆问题。
【关键词】：部分相干光束 涡旋位相 传输 光谱移动 相干奇点 散射
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O436
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 部分相干光束11-14
• 1.2 相干诱导光谱变化14-15
• 1.3 部分相干光束的散射15-16
• 1.4 论文的主要研究内容和创新点16-19
• 参考文献19-27
• 第二章 理论基础27-36
• 2.1 部分相干光束的描述27-31
• 2.1.1 标量部分相干光束27-28
• 2.1.2 矢量部分相干光束28-29
• 2.1.3 部分相干光束的理论模型29-30
• 2.1.4 部分相干光束的相干奇点30-31
• 2.2 部分相干光束的传输31-33
• 2.2.1 部分相干光束经傍轴ABCD光学系统的传输31
• 2.2.2 部分相干光束经随机介质的传输31-33
• 2.2.3 部分相干光束的非傍轴传输33
• 2.3 部分相干光束的散射33-35
• 参考文献35-36
• 第三章 新型的特殊关联部分相干光束模型36-61
• 3.1 多高斯谢尔模型涡旋光束36-44
• 3.1.1 多高斯谢尔模型涡旋光束及其傍轴传输公式37-41
• 3.1.2 多高斯谢尔模型涡旋光束的聚焦性质41-44
• 3.2 产生椭圆平顶远场分布的随机源44-54
• 3.2.1 椭圆多高斯谢尔模型源理论模型44-47
• 3.2.2 椭圆多高斯谢尔模型光束的传输因子47-49
• 3.2.3 椭圆多高斯谢尔模型光束经无像散ABCD光学系统的傍轴传输49-54
• 3.3 本章小结54-56
• 参考文献56-61
• 第四章 部分相干标准及复宗量拉盖尔-高斯光束的传输特性61-92
• 4.1 非傍轴部分相干标准及复宗量拉盖尔-高斯光束的平均强度和光谱移动62-74
• 4.1.1 部分相干标准及复宗量拉盖尔-高斯光束的非傍轴传输公式62-66
• 4.1.2 非傍轴部分相干标准及复宗量拉盖尔-高斯光束的平均强度66-70
• 4.1.3 非傍轴部分相干标准及复宗量拉盖尔-高斯光束的光谱移动70-74
• 4.2 部分相干标准及复宗量拉盖尔-高斯光束在湍流大气中的光谱移动74-85
• 4.2.1 部分相干标准及复宗量拉盖尔-高斯光束在湍流大气中的传输公式75-78
• 4.2.2 部分相干标准及复宗量拉盖尔-高斯光束经湍流大气传输后的光谱移动78-85
• 4.3 本章小结85-86
• 参考文献86-92
• 第五章 径向偏振部分相干光束传输中的相干奇点92-106
• 5.1 引言92-93
• 5.2 矢量部分相干光束相干奇点理论93-94
• 5.3 径向偏振部分相干光束传输中的相干奇点94-101
• 5.4 本章小结101-102
• 参考文献102-106
• 第六章 散射导致矢量部分相干平面波脉冲偏振度的变化106-125
• 6.1 引言106
• 6.2 理论模型106-111
• 6.3 矢量部分相干平面波脉冲经确定球形介质散射后的偏振度111-119
• 6.4 本章小结119-121
• 参考文献121-125
• 第七章 总结和展望125-127
• 攻读博士期间公开发表的论文127-128
• 主持的科研项目128-129
• 学术会议报告129-130
• 致谢130-131

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本文编号：895284