特殊空间结构部分相干光束的大气传输及应用
发布时间：2022-01-04 18:01
相干结构（关联）是光场调控的一个重要自由度,通过光束相干结构调控,光束可具备一些奇特的传输特性,例如:自聚焦、自偏移、自整形、自分裂、自愈合等。由于相干结构调控可以引发这些奇特的传输特性,因此相干结构调控在大气激光通信、微粒操控、粒子俘获、光学成像、材料处理等领域具有重要的应用价值。本论文主要研究相干结构调控在大气激光通信中的应用。基于广义惠更斯-菲涅尔原理,研究激光束在自由空间和湍流大气中的传输特性,并且通过光场相干结构调控方法,实现降低大气湍流对激光束引起的负面效应,如:光束质量下降、光束漂移、光强闪烁等。首先,介绍标（矢）量部分相干光束的表征方式;介绍激光束在自由空间和湍流大气中的传输基本理论和各种大气湍流谱模型;介绍大气湍流引起的光束质量下降、光束漂移、光强闪烁等负面效应。其次,对本论文主要研究对象（特殊空间结构部分相干光束）的模型进行介绍,主要分为两类:一类是均匀关联部分相干光束,包括厄米-高斯关联谢尔模光束、光学相干阵列光束和光学相干阵列涡旋光束;另一类是非均匀关联光束,包括厄米非均匀关联光束、矩形对称厄米非均匀关联光束、径向偏振厄米非均匀关联光束和非均匀拉盖尔-高斯关联光...
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１点光源照射衍射小孔示意图??
究光波经过湍流介质的统计特性。??早期一般基于Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ揣流统计理论研究光波在揣流介质中的传输，通过??Ｒｙｔｏｖ方法从亥姆霍兹方程出发，得到了一些非常基础性的结果［１７，１８］，但是这种方??法的数学要求较高，对于复杂高阶光束以及部分相干光束，很难从数学上严格的求解。??目前，处理光波在揣流大气中的统计特性的方法普遍用到广义惠更斯－菲涅尔积分方??法［１９］。通过这种方法可以较为简便的处理各类不同光波模式的大气传输问题［２０，?２１］。??ｊ—??ｚ＝０?ｚ＝Ｌ??图２．２光波从入射面经过湍流大气到达出射面的示意图??图２．２是光波在湍流大气中从入射面到出射面的示意图。根据广义惠更斯－菲涅??尔原理，得到：??ＪＪ（ｐ，：）?＝?－＾７｝ｕ〇（＾．〇）ｅｘｐ?ｒ）＿?ｅｘｐ［＾（ｒ，／７，ｚ）］ｃ／：ｆ，?（２．３４）??式卩＾沖＾如肩和＾／＾＾汾别表不入射光场和出射光场：彳也／＾读示由揣流大气??引起的Ｒｙｔｏｖ复相位扰动；ｚ表示传输距离。??在实际应用中，人们更关注的是光波经过湍流大气之后的平均光强等物理性质，??因此对等式（２．３４）取复共轭，然后乘以式（２．３４），取系综平均后得到：??ｌＶ（＾ｐ．，ｚ）?＝?［ｕ｛＾．ｚ）Ｕ，｛ｐ１，ｚ））?＝－＾－Ｉ－Ｉ＾Ｗ０（ｒｒｒ２，〇）ｅｘｐ?’人－－（乂」）??，?ｎ?“?Ｌ?２?」?（２?３５）??ｘｅｘｐ?—￣—?＾ｅｘｐ［（／／（／；，／＾，ｒ）?＋?（／／（／－：，＞ａ，２）］＾?ｃ／＾ｃ／Ｖ－，，??２７??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]部分相干光束经过湍流大气传输研究进展[J]. 王飞,余佳益,刘显龙,蔡阳健. 物理学报. 2018(18)
[2]Propagation factor of electromagnetic concentric rings Schell-model beams in non-Kolmogorov turbulence[J]. 宋真真,刘正君,周可雅,孙琼阁,刘树田. Chinese Physics B. 2017(02)
[3]“光场调控、传输及其应用”专题前言[J]. 赵建林,蔡阳健. 光学学报. 2016(10)
[4]非均匀拉盖尔-高斯关联光束及其传输特性[J]. 余佳益,陈亚红,蔡阳健. 物理学报. 2016(21)
[5]自由空间中偏振调制光场的传输及控制[J]. 刘圣,李鹏,章毅,韩磊,程华超,赵建林. 光学学报. 2016(10)
[6]激光相干性调控及应用[J]. 陈亚红,蔡阳健. 光学学报. 2016(10)
[7]光学量子放大器[J]. 鄧錫銘,王之江. 科学通报. 1961(11)
本文编号：3568811
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１点光源照射衍射小孔示意图??
究光波经过湍流介质的统计特性。??早期一般基于Ｋｏｌｍｏｇｏｒｏｖ揣流统计理论研究光波在揣流介质中的传输，通过??Ｒｙｔｏｖ方法从亥姆霍兹方程出发，得到了一些非常基础性的结果［１７，１８］，但是这种方??法的数学要求较高，对于复杂高阶光束以及部分相干光束，很难从数学上严格的求解。??目前，处理光波在揣流大气中的统计特性的方法普遍用到广义惠更斯－菲涅尔积分方??法［１９］。通过这种方法可以较为简便的处理各类不同光波模式的大气传输问题［２０，?２１］。??ｊ—??ｚ＝０?ｚ＝Ｌ??图２．２光波从入射面经过湍流大气到达出射面的示意图??图２．２是光波在湍流大气中从入射面到出射面的示意图。根据广义惠更斯－菲涅??尔原理，得到：??ＪＪ（ｐ，：）?＝?－＾７｝ｕ〇（＾．〇）ｅｘｐ?ｒ）＿?ｅｘｐ［＾（ｒ，／７，ｚ）］ｃ／：ｆ，?（２．３４）??式卩＾沖＾如肩和＾／＾＾汾别表不入射光场和出射光场：彳也／＾读示由揣流大气??引起的Ｒｙｔｏｖ复相位扰动；ｚ表示传输距离。??在实际应用中，人们更关注的是光波经过湍流大气之后的平均光强等物理性质，??因此对等式（２．３４）取复共轭，然后乘以式（２．３４），取系综平均后得到：??ｌＶ（＾ｐ．，ｚ）?＝?［ｕ｛＾．ｚ）Ｕ，｛ｐ１，ｚ））?＝－＾－Ｉ－Ｉ＾Ｗ０（ｒｒｒ２，〇）ｅｘｐ?’人－－（乂」）??，?ｎ?“?Ｌ?２?」?（２?３５）??ｘｅｘｐ?—￣—?＾ｅｘｐ［（／／（／；，／＾，ｒ）?＋?（／／（／－：，＞ａ，２）］＾?ｃ／＾ｃ／Ｖ－，，??２７??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]部分相干光束经过湍流大气传输研究进展[J]. 王飞,余佳益,刘显龙,蔡阳健. 物理学报. 2018(18)
[2]Propagation factor of electromagnetic concentric rings Schell-model beams in non-Kolmogorov turbulence[J]. 宋真真,刘正君,周可雅,孙琼阁,刘树田. Chinese Physics B. 2017(02)
[3]“光场调控、传输及其应用”专题前言[J]. 赵建林,蔡阳健. 光学学报. 2016(10)
[4]非均匀拉盖尔-高斯关联光束及其传输特性[J]. 余佳益,陈亚红,蔡阳健. 物理学报. 2016(21)
[5]自由空间中偏振调制光场的传输及控制[J]. 刘圣,李鹏,章毅,韩磊,程华超,赵建林. 光学学报. 2016(10)
[6]激光相干性调控及应用[J]. 陈亚红,蔡阳健. 光学学报. 2016(10)
[7]光学量子放大器[J]. 鄧錫銘,王之江. 科学通报. 1961(11)
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