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湍流大气中随机粗糙表面激光回波空间相干性仿真

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物理学报 2022年第14期71卷 2-14页

作者：李艳玲梅海平任益充张骏昕陶志炜艾则孜姑丽·阿不都克热木刘世韦中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院合肥230026 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院合肥230026 先进激光技术安徽省实验室合肥230037

根据广义Huygens-Fresnel原理,推导了von Karman湍流谱条件下激光回波复相干度的理论解析式;基于湍流相位屏分步传输算法和随机粗糙目标表面模型,实现了激光回波光场的仿真计算.首先通过镜面反射回波光场的仿真分析,验证了算法的正确性... 详细信息

根据广义Huygens-Fresnel原理,推导了von Karman湍流谱条件下激光回波复相干度的理论解析式;基于湍流相位屏分步传输算法和随机粗糙目标表面模型,实现了激光回波光场的仿真计算.首先通过镜面反射回波光场的仿真分析,验证了算法的正确性;然后基于1.1 km的均匀传输路径,综合分析了随机粗糙目标表面特性和路径湍流强度对回波光场复相干度的影响.结果表明:回波光场的空间相干性随目标表面高度均方根的增大而降低,随目标表面相关长度的减小而降低;当表面相关长度远小于大气相干长度时,回波相干性会被严重破坏.该研究可为目标表面特性或利用已知表面获取路径湍流状态的相干探测提供有益的参考.

关键词：湍流大气激光回波光场复相干度相位结构函数

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部分相干径向偏振光束传输中相干性研究

物理学报 2015年第13期64卷 132-141页

作者：陈顺意丁攀峰蒲继雄华侨大学信息科学与工程学院福建省光传输与变换重点实验室厦门361021

根据广义惠更斯理论及相干偏振统一理论,研究部分相干径向偏振光束在自由空间中传输时,不同参考点处复相干度随传输距离的变化规律.研究表明,部分相干径向偏振光束在自由空间中传输,不同参考点处,复相干度模值随距离的变化规律有所差别... 详细信息

根据广义惠更斯理论及相干偏振统一理论,研究部分相干径向偏振光束在自由空间中传输时,不同参考点处复相干度随传输距离的变化规律.研究表明,部分相干径向偏振光束在自由空间中传输,不同参考点处,复相干度模值随距离的变化规律有所差别.当参考点位于原点时,随着传输距离增大,μxx模值及μxy模值分布形式不变,分布范围增大;当参考点位于x轴上时,μxx模值由单峰值向三峰两谷对称形式演化,μxy模值由单侧两峰向四峰四谷对称形式演化,完成演化所需传输距离与参考点距离x轴中心的远近有关,参考点距离x轴中心越近,完成演化所需的传输距离越短;当参考点位于y轴时,随着距离增大,μxx模值分布形式不变,分布范围增大,μxy模值由上侧两峰向四峰四谷对称形式演化,演化所需传输距离与参考点距y轴中心远近有关,参考点距y轴中心越近,完成演化所需的传输距离越短;当参考点位于其他位置时(非特殊位置),μxx模值及μxy模值分布规律,遵从各自参考点在x轴,y轴上的分布规律的结合即参考点位于其他位置时,μxx模值及μxy模值分别随距离变化逐渐演化成三峰结构、四峰结构.

关键词：部分相干径向偏振光束复相干度参考位置

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水体温度对受激布里渊散射时间相干性的影响

光学学报 2020年第9期40卷 195-201页

作者：许锦郭洋宁罗宁宁李淑静史久林何兴道南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室江西南昌330063 南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室江西南昌330063

为了研究介质参数对受激布里渊散射(SBS)时间相干性的影响,提出一种基于迈克耳孙干涉仪的测量及验证方法。理论上分析温度对SBS时间相干性影响的物理机制;实验上测量并分析水体温度对SBS时间相干性的影响。研究结果表明:SBS时间相干性... 详细信息

为了研究介质参数对受激布里渊散射(SBS)时间相干性的影响,提出一种基于迈克耳孙干涉仪的测量及验证方法。理论上分析温度对SBS时间相干性影响的物理机制;实验上测量并分析水体温度对SBS时间相干性的影响。研究结果表明:SBS时间相干性与水体温度直接相关,随着温度的降低,SBS的时间相干性变差;温度一定时,当相干光的光程差增大到一定值后,对应的SBS相干脉冲波形不再是准高斯型。

关键词：散射受激布里渊散射时间相干性复相干度温度

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海洋湍流下涡旋光束经粗糙面的回波特性

光学学报 2023年第12期43卷 64-72页

作者：吴鹏飞张咪王姣谭振坤西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048 陕西科技大学电子信息与人工智能学院陕西西安710021 西安工业大学光电工程学院陕西西安710021

光场回波散射特性是未来水下激光通信与探测一体化的关键技术之一,而具有螺旋波前结构的涡旋光束[如拉盖尔-高斯(LG)光束]更适合抑制海洋湍流的影响。利用广义Huygens-Fresnel原理,推导出弱海洋湍流中LG光束经高斯分布粗糙表面反射的回... 详细信息

光场回波散射特性是未来水下激光通信与探测一体化的关键技术之一,而具有螺旋波前结构的涡旋光束[如拉盖尔-高斯(LG)光束]更适合抑制海洋湍流的影响。利用广义Huygens-Fresnel原理,推导出弱海洋湍流中LG光束经高斯分布粗糙表面反射的回波散斑强度的解析表达式;数值分析了光源参数、海洋湍流以及粗糙目标表面参数对回波散斑场复相干度的影响。结果表明,复相干度随着LG光束拓扑荷数、束腰半径、波长的增大而减小,随着海洋湍流强度的增大而降低,随着粗糙面相干长度的增加而增大,并且当粗糙表面的相干长度大于球形波在海洋湍流中传播的相干长度时,复相干度变化不明显,表明此时粗糙表面对复相干度的影响远小于海洋湍流的影响。这一结论为海洋湍流条件下目标探测与识别提供了参考。

关键词：海洋光学海洋湍流拉盖尔-高斯光束散斑回波特性复相干度

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宽带低相干光单次时间相干性测量研究

强激光与粒子束 2021年第7期33卷 22-27页

作者：侯春媛饶大幸李福建郑权高妍琦崔勇赵晓晖贺瑞敬隋展向霞电子科技大学物理学院成都611731 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所上海201800

传统测量光束时间相干性的方法是通过机械扫描的方式实现的,这种方法不能够实现单次测量,而且对于相干时间较短的宽带光测量误差较大。本文提出了一种单次时间相干性测量的新方法,通过给迈克尔逊干涉仪的反射镜引入楔角,使光束波前产生... 详细信息

传统测量光束时间相干性的方法是通过机械扫描的方式实现的,这种方法不能够实现单次测量,而且对于相干时间较短的宽带光测量误差较大。本文提出了一种单次时间相干性测量的新方法,通过给迈克尔逊干涉仪的反射镜引入楔角,使光束波前产生随位置变化的延迟差,可从单次测量的一幅干涉图中计算提取出光场完整的时间相干性信息。实验中测量了不同宽带入射光的时间相干性,均与理论结果吻合较好。单次时间相干性测量的方法将为高功率宽带激光装置提供更为方便的时间相干性测量手段,提高实验测量效率。

关键词：时间相干性单次测量宽带光复相干度干涉

改型Wollaston棱镜干涉光谱仪的调制度研究

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半导体光电 2018年第6期39卷 700-706页

作者：丛麟骁黄旻才啟胜齐云松中国科学院光电研究院计算光学成像技术重点实验室北京100094 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

改型Wollaston棱镜(MWP)无需中继,可构建微型傅里叶变换光谱仪。回顾了MWP的基本原理,从调制度定义出发,计算得到准单色光源的复相干度,找到调制度的影响因素——扩展视场、剪切结构、焦面探测等。建立一般的干涉定域分析模型后,由像点... 详细信息

改型Wollaston棱镜(MWP)无需中继,可构建微型傅里叶变换光谱仪。回顾了MWP的基本原理,从调制度定义出发,计算得到准单色光源的复相干度,找到调制度的影响因素——扩展视场、剪切结构、焦面探测等。建立一般的干涉定域分析模型后,由像点逆光路追迹给出MWP的厚度计算公式,代入调制度约束参数得到不同参量的误差容限。通过FRED记录不同视场扩展情况的灰度与辐照度,结果显示,调制度为0.9时,视场与理论估算值1.24°基本相符;不同剪切量的灰度与辐照度变化特性表明,结构角会使定域垂直系统光轴的入射角发生变化,与晶轴倾角共同影响双折射率差;2.5和8μm像元探测采样表现出调制度差异,描述了定域深度或离焦的影响。以准单色光源、复相干度表示调制度,可将不同影响因素统一至约束参数中,相关变量误差容限可作为MWP-FTS的设计依据。

关键词：改型Wollaston棱镜干涉调制度复相干度误差容限

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紫外光刻中部分相干光的传播及衍射效应

中国科学技术大学学报 2007年第1期37卷 24-29页

作者：李木军沈连婠赵玮李晓光范明聪王晓东刘雳颋郑津津中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230027

基于Hopkins公式,研究了接近式紫外光刻中扩展准单色光源经柯勒照明系统传播到掩模表面上任两点的复相干度,并建立相应的基于部分相干光理论的光刻模型.应用部分相干光的传播理论,研究掩模平面到光刻胶表面任意两点互强度的传播,进而得... 详细信息

基于Hopkins公式,研究了接近式紫外光刻中扩展准单色光源经柯勒照明系统传播到掩模表面上任两点的复相干度,并建立相应的基于部分相干光理论的光刻模型.应用部分相干光的传播理论,研究掩模平面到光刻胶表面任意两点互强度的传播,进而得到光刻胶表面的光强分布.以此为基础,分析了由于掩模与光刻胶之间光的衍射效应而产生的光刻微结构的图形失真.给出了理论模型的计算模拟结果,并用实验对该理论模型的计算结果进行了验证.

关键词：接近式紫外光刻部分相干光复相干度霍普金斯公式图形失真

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圆盘形光源的相干度计算

延边大学学报（自然科学版） 1996年第2期22卷 69-71页

作者：林榕王翠沈阳师范学院物理系

本文给出位于光传播方向上的两点，在准单色有限扩展光源的照射下的复相干度以及光源二次径向分布之间的傅里叶变换，并计算出强度均匀的圆盘形光源的相干度．

关键词：复相干度相干函数圆盘形光源相干度

海洋湍流中涡旋光束的粗糙面回波散射特性研究

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海洋湍流中涡旋光束的粗糙面回波散射特性研究

作者：张咪西安理工大学

学位级别：硕士

光场回波散射特性研究是未来水下激光通信与探测一体化的关键技术之一。拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束是常用的涡旋光束,其空心光强分布、相位螺旋以及轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)正交等特点,有利于在传输过程... 详细信息

光场回波散射特性研究是未来水下激光通信与探测一体化的关键技术之一。拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束是常用的涡旋光束,其空心光强分布、相位螺旋以及轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)正交等特点,有利于在传输过程中抑制海洋湍流效应。本文主要探究了海洋湍流中涡旋光束经高斯随机粗糙面的回波散射特性,具体如下:(1)在粗糙面对涡旋光束的散射特性研究基础上,建立了海洋湍流中LG光束经高斯随机粗糙面的双程传输模型。数值分析了不同拓扑荷数、海洋湍流强度以及不同粗糙面参数对接收端光场强度的影响。发现接收端的散斑颗粒大小随拓扑荷数的增加而减小,光场强度随海洋湍流强度的增大和粗糙程度的增加而降低。(2)利用广义Huygens-Fresnel原理和湍流相位扰动机理,推导了海洋湍流中LG光束经高斯随机粗糙面散射的回波平均光强解析表达式,进一步计算了接收端回波光强的自相关函数。探讨了 LG光束的波长和束腰半径对回波光强自相关函数的影响。研究发现,海洋湍流越强和粗糙面越粗糙都会导致回波光场的自相关函数减小,回波散斑颗粒平均尺寸随之减小。(3)推导了回波光场的复相干度理论表达式并进行数值仿真,探讨了光源参数、海洋湍流强度以及粗糙面参数对回波光场复相干度的影响。研究发现,当粗糙面的相干长度大于光束在海洋湍流中传输的相干长度时,表明粗糙面对光场复相干度的影响相比海洋湍流的影响可以忽略,当粗糙面的相干长度小于光束在海洋湍流中传输的相干长度时,复相干度受海洋湍流和粗糙面共同影响。粗糙面的均方根粗糙度对回波光场复相干度无影响。本文推导的海洋湍流中LG光束经粗糙面的回波散射光场解析表达式和回波光场复相干度的理论表达式为水下目标探测技术提供理论依据。

关键词：海洋湍流拉盖尔-高斯光束散斑回波特性复相干度自相关函数