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部分相干余弦高斯光束在左手材料中的光强分布

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光学技术 2017年第1期43卷 87-89页

作者：黄永超黎昌金张新龙胡晓秋内江师范学院工程技术学院四川内江641112

基于积分衍射理论和相干偏振理论,研究了部分相干余弦高斯光束在左手材料中的光强的分布。研究结果表明:中心光强随工作频率增大,先增大后逐渐趋于稳定,但是随相干参量增大而减小;横向光强随相干参量增大而减小,随偏心参量增大光强的最... 详细信息

基于积分衍射理论和相干偏振理论,研究了部分相干余弦高斯光束在左手材料中的光强的分布。研究结果表明:中心光强随工作频率增大,先增大后逐渐趋于稳定,但是随相干参量增大而减小;横向光强随相干参量增大而减小,随偏心参量增大光强的最大峰值不变,但是光强的峰值数目在不断增加。

关键词：物理光学左手材料工作频率光强部分相干

部分相干径向偏振环形艾里涡旋光束在大气湍流中的传输特性研究

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聊城大学学报（自然科学版） 2024年第1期37卷 9-15,22页

作者：张华立刘泽琳罗亚梅张汉乐雍康乐西南医科大学医学信息与工程学院四川泸州646000 西南医科大学医工医信融合与转化医学泸州市重点实验室四川泸州646000 北京航空航天大学仪器科学与光电学院北京100191

为了探究部分相干径向偏振环形艾里涡旋光束在大气湍流中传输时的光强闪烁特性,利用分步相位屏法研究了其在各项异性湍流中的传输特性。结果显示:随着传输距离的增大,闪烁指数首先逐渐增大,当达到最大值后再逐渐减小。当传输距离一定时... 详细信息

为了探究部分相干径向偏振环形艾里涡旋光束在大气湍流中传输时的光强闪烁特性,利用分步相位屏法研究了其在各项异性湍流中的传输特性。结果显示:随着传输距离的增大,闪烁指数首先逐渐增大,当达到最大值后再逐渐减小。当传输距离一定时,闪烁指数随着相干长度的增大而增大。随着截断因子的减小,拓扑荷数的增大,闪烁指数减小。随着相干长度、拓扑荷数的增大,部分相干径向偏振环形艾里涡旋光束保持偏振特性的能力增强。

关键词：大气湍流部分相干环形艾里涡旋光束闪烁指数

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部分相干Airy光束及其传输的研究

物理学报 2013年第9期62卷 172-176页

作者：崔省伟陈子阳胡克磊蒲继雄华侨大学信息科学与工程学院厦门361021

利用高斯-谢尔模型的交叉谱密度公式和惠更斯衍射积分,得到了部分相干Airy光束的表达式.对不同相干度的部分相干Airy光束的无衍射和横向加速偏移的性质进行了理论分析并予以实验验证,结果一致表明部分相干Airy光束也具有无衍射和横向加... 详细信息

利用高斯-谢尔模型的交叉谱密度公式和惠更斯衍射积分,得到了部分相干Airy光束的表达式.对不同相干度的部分相干Airy光束的无衍射和横向加速偏移的性质进行了理论分析并予以实验验证,结果一致表明部分相干Airy光束也具有无衍射和横向加速度的特性,而且相干度越低,部分相干Airy光束的无衍射距离越短,横向加速度越小.

关键词：傅里叶光学全息部分相干艾里光束

部分相干矢量涡旋光束深聚焦及OAM特性研究

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部分相干矢量涡旋光束深聚焦及OAM特性研究

作者：贺蕊西安工业大学

学位级别：硕士

近年来,通过对相位、偏振态等光场基本参量的联合调控,诞生了一种兼具各向异性空间偏振态和螺旋形相位分布的新型空间结构光束,名为矢量涡旋光束。由于独特的偏振和相位特性,光束经过高数值孔径透镜聚焦还可能产生更新颖的轨道角动量（O... 详细信息

近年来,通过对相位、偏振态等光场基本参量的联合调控,诞生了一种兼具各向异性空间偏振态和螺旋形相位分布的新型空间结构光束,名为矢量涡旋光束。由于独特的偏振和相位特性,光束经过高数值孔径透镜聚焦还可能产生更新颖的轨道角动量（Orbital angular momentum,OAM）性质,逐渐引起了研究者们的关注。相比于完全相干光束,部分相干光束受湍流大气影响更小,因此,部分相干矢量涡旋光束焦场的OAM在空间遥感探测、光通信等领域具有更大的应用潜力。本论文主要针对部分相干矢量涡旋光束深聚焦及其OAM特性进行了理论和实验方面的研究,主要工作如下:（1）结合部分相干及矢量衍射积分理论,研究了携带叠加态拓扑电荷的部分相干径向偏振涡旋光束深聚焦光强和OAM密度分布特性,以及入射光束的相干长度和聚焦透镜的数值孔径对光强分布、纵向分量OAM密度分布及OAM的影响。研究发现,焦场的光强和OAM密度分布呈花瓣状,随着相干长度增大,光强、纵向分量的OAM密度及OAM均变大,当增大至0.5cm后,相干长度的变化不再产生影响。随着数值孔径增大,光强没有明显变化,纵向分量的OAM密度及OAM均随数值孔径的增大而增大。（2）根据正交左右旋圆偏振涡旋叠加描述的杂化庞加莱球矢量涡旋光场分布,基于反射式空间光调制器设计产生矢量涡旋光束的方案,搭建实验光路,通过改变空间光调制器上加载的左右旋分量相位分布图,在焦平面处得到不同拓扑电荷、偏振阶数及偏振态的矢量涡旋光斑,分析了矢量涡旋光束焦场的光强分布特性。（3）利用左右旋圆偏振涡旋构建杂化庞加莱球矢量涡旋光束,基于矢量衍射积分理论,数值计算并分析了光束深聚焦后纵向分量的OAM密度分布特性,研究了矢量涡旋光束的拓扑电荷、偏振阶数、以及左右旋分量的初始相位差对纵向分量焦场OAM的影响。研究发现,纵向分量的OAM密度分布整体呈现内外两层,分别集中了对应的左右旋分量,并且,左右旋分量拓扑电荷的符号分别决定了内外层OAM密度的正负分布。纵向分量的OAM与左右旋分量的初始相位差无关。矢量涡旋光束的拓扑电荷和偏振阶数均会影响OAM,当拓扑电荷大于2时,OAM随着偏振阶数的增大而增大。本文的研究结果可为部分相干矢量涡旋光束及其OAM特性在空间目标探测和光通信领域的应用提供一定的参考。

关键词：矢量涡旋光束轨道角动量部分相干矢量衍射积分杂化庞加莱球

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部分相干激光器的研究

部分相干激光器的研究

作者：王玉双华侨大学

学位级别：硕士

激光器自发明以来,因其高相干性、高方向性、高亮度等优点,被广泛应用在通信、工业、医疗、生物等领域。然而,激光高相干性有时也会带来一些不利的影响,例如由于高相干性引起的散斑会造成图像清晰度的下降。因此,研究如何降低光束的相... 详细信息

激光器自发明以来,因其高相干性、高方向性、高亮度等优点,被广泛应用在通信、工业、医疗、生物等领域。然而,激光高相干性有时也会带来一些不利的影响,例如由于高相干性引起的散斑会造成图像清晰度的下降。因此,研究如何降低光束的相干性是一个重要的研究课题。近年来,研究人员对如何获得相干性可控的部分相干激光开展了许多研究工作。获得可控的部分相干激光的方法主要可以分为以下两类:一种是被动方式,即在激光器输出高相干性激光的基础上,让高相干性激光通过这些各种调制器件,比如,旋转的毛玻璃、抖动的光纤、空间光调制器,对高相干性激光加载随时间快速变化的相位调制,从而降低激光光束的空间相干度,获得部分相干激光;还有一种主动方式,即从激光器直接输出部分相干激光。例如,激光器的谐振腔是4f的简并腔,在这种简并腔中,由于光场存在自再现特点,许多横模都能在这种谐振腔中振荡。因此,输出的激光是许多横模的叠加,即输出了空间相干激光。本学位论文主要研究利用激光器直接输出部分相干光,并有效控制其相干性质。主要研究内容如下:1.研究了1064 nm部分相干调Q激光器。激光器的谐振腔构成4f系统,并在谐振腔内插入孔径可变的滤波器,通过调整谐振腔内空间滤波器的孔径大小可以改变激光的空间相干性。实验发现,空间滤波器的孔径变大之后,光斑也随着增大,脉冲宽度也增大了。讨论了该简并激光器的输出光经过毛玻璃产生的散斑情况。实验结果显示:空间滤波器孔径增大,激光通过毛玻璃所产生的散斑将被抑制,成像越清晰。当增加调Q的重复频率时,相干性降低,也能有效抑制散斑。最后通过输出激光光强分布以及输出激光相干度分布计算了谐振腔内的模式结构,发现当空间滤波器直径最大为7.5 mm时,存在超过256个横模。2.在获得部分相干激光输出的基础上进一步探究了腔外倍频的性质,研究了532 nm部分相干调Q激光器。首先搭建了1064 nm的部分相干激光器,然后将激光器输出的脉冲光通过倍频晶体KTP,获得532nm倍频光。实验结果表明光斑和脉冲宽度随着空间滤波器孔径增大而增大。此外,随着空间滤波器孔径增大,谐振腔内振荡的模式增多,相干度越低,当空间滤波器的孔径为7.5 mm时,总横模数达到400个。在泵浦功率为62.4 W,重复频率为800 Hz时,获得最高倍频转化效率为22.7%。3.研究了输出波长为1053 nm部分相干激光器。所采用的激光工作物质为钕玻璃。实验发现空间滤波器孔径最大8 mm时,光斑最大为7.2 mm,光斑光强分布非常均匀,此时谐振腔内横模最多,约有2916个,并且相干度最小。激光经过600目毛玻璃时,散斑对比度最小为0.04,几乎没有散斑。实验还研究了激光通过毛玻璃产生散斑随着空间滤波器孔径的变化,结果表明,空间滤波器孔径越大,散斑越少,光强分布越均匀。

关键词：部分相干简并激光器调Q 散斑

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部分相干涡旋光束的杨氏双缝实验

部分相干涡旋光束的杨氏双缝实验

作者：陈天驰苏州大学

学位级别：硕士

涡旋光束由于其具有螺旋型波前且携带轨道角动量,在光镊、光通信、超分辨成像和天文探测等领域具有重要的应用,因此成为光场调控领域的一大研究热点。与此同时,相干性作为激光光束的一大本质特性,其空间相干性也可以作为光场调控的自由... 详细信息

涡旋光束由于其具有螺旋型波前且携带轨道角动量,在光镊、光通信、超分辨成像和天文探测等领域具有重要的应用,因此成为光场调控领域的一大研究热点。与此同时,相干性作为激光光束的一大本质特性,其空间相干性也可以作为光场调控的自由度之一。当两者结合时即为部分相干涡旋光束。相比完全相干的涡旋光束,部分相干涡旋光束在实际的应用中具有独特的优势,例如:部分相干涡旋光束经过湍流大气时具有更低的光束闪烁、更强的自修复能力和更小的图像噪声等。拓扑荷数是表征涡旋光束轨道角动量的大小的物理量,在各种涡旋光束的应用中,对拓扑荷数进行测量具有极其重要的科学价值。完全相干涡旋光束的拓扑荷数测量可以通过干涉法、衍射法和傅里叶变换法等方式实现。然而,对于部分相干涡旋光束,随着相干性的降低,其光强分布由暗中空分布转化为实心分布,完全相干涡旋光束拓扑荷的测量方法都将失效。目前,研究人员主要通过测量部分相干涡旋光束的交叉谱密度来测量其拓扑荷数。但是,这些方法难以实现拓扑荷的符号和大小的同时、精确测量。为了解决这一科学难题,本文利用杨氏双缝实现了对部分相干涡旋光束的拓扑荷数的符号和大小的测量,具体研究内容如下:第一章,介绍部分相干光束、部分相干涡旋光束的研究背景,简单介绍了杨氏双缝实验的起源和发展,以及其主要用途。第二章,介绍了开展本论文所需要用到的理论知识。首先是部分相干光束的基础理论、光束传输要用到的矩阵光学、柯林斯积分公式。接着是部分相干涡旋光束的理论模型,实验产生的方法,传输特性以及测量其拓扑荷数的方法,最后则阐述了杨氏双缝的高斯展开理论。第三章,推导了部分相干涡旋光束经过双缝后交叉谱密度的表达式,运用MATLAB编程对其进行数值模拟,并对模拟结果进行分析,发现拓扑荷数的大小是相干奇点数的一半,拓扑荷数的符号由相干奇点的相位旋向决定（即逆时针和顺时针分别对应正号和负号）。第四章,实验产生了部分相干涡旋光束并将其通过杨氏双缝,运用微扰法测量出其焦场的交叉谱密度分布,实验结果与理论结果完美符合。第五章,对全文做了一个总结,并展望部分相干涡旋光束未来的发展前景。

关键词：部分相干涡旋光束拓扑荷数测量

部分相干异常涡旋光束在大气湍流中的传输特性

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激光与红外 2020年第1期50卷 9-12页

作者：黎芳刘慧北京建筑大学理学院北京102616 北京建筑大学电气与信息工程学院北京102616

研究了部分相干异常涡旋光束在湍流大气中传输时的光强特性和有效光斑尺寸。利用广义惠更斯-菲涅尔积分式推导了部分相干异常涡旋光束的互相干函数的表达式,并在此基础之上得到部分相干异常涡旋光束的光强和有效光斑尺寸的表达式。通过... 详细信息

研究了部分相干异常涡旋光束在湍流大气中传输时的光强特性和有效光斑尺寸。利用广义惠更斯-菲涅尔积分式推导了部分相干异常涡旋光束的互相干函数的表达式,并在此基础之上得到部分相干异常涡旋光束的光强和有效光斑尺寸的表达式。通过数值模拟分析了部分相干异常涡旋光束的归一化光强分布和有效光斑尺寸随空间相干长度和折射率常数的变化情况。研究结果表明:部分相干异常涡旋光束比完全相干异常涡旋光束受大气湍流的影响更小。而且随着空间相干长度的减小和大气折射率常数的增加,异常涡旋光束光强的中心点强度和有效光斑尺寸逐渐增加。

关键词：异常涡旋光束部分相干大气湍流光强有效光斑尺寸

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部分相干光束在各向异性湍流中的传输特性

部分相干光束在各向异性湍流中的传输特性

作者：道文涛苏州大学

学位级别：硕士

激光是基于受激辐射和光放大的原理而产生的,自1917年提出“受激辐射”概念到第一台激光器问世,激光因其极高的光束质量和稳定的特性受到研究人员的关注,激光技术被广泛的应用于人类生产以及生活当中的各个领域,而其中自由空间激光通信... 详细信息

激光是基于受激辐射和光放大的原理而产生的,自1917年提出“受激辐射”概念到第一台激光器问世,激光因其极高的光束质量和稳定的特性受到研究人员的关注,激光技术被广泛的应用于人类生产以及生活当中的各个领域,而其中自由空间激光通信技术更是激光应用领域内一直被世界各国研究者所热衷研究的技术。以激光为载体的通信技术具有数据传输效率高、抗干扰能力强等优点。但是大气中大气湍流带来的湍流效应却会影响激光通信的效率。大量实验研究表明,使用介于完全相干光束和完全非相干光束之间的部分相干光束传输时会减少大气中湍流对光束的影响,从而降低湍流引起的负面效应,如,光束的闪烁因子和光束漂移等都能得到明显的降低,运用到激光通信技术中会使通信效率更高。本文主要介绍了部分相干光束基础理论;大气湍流理论,包括大气湍流效应的研究现状、大气湍流对激光通信影响的现状研究、大气湍流的统计理论;激光传输的基本理论以及一种非均匀相关部分相干光束的理论产生以及在各向异性湍流中的传输特性。文章主要内容是针对具有空间非均匀关联的部分相干光束的理论构建、光谱密度与强度最大值等相关传输特性的研究。在第一章,主要对传统部分相干光束的研究和大气湍流理论以及对于非均匀相关部分相干光束的研究进展进行了简单的介绍。在第二章,对基础理论知识的介绍,首先是部分相干的基础知识,包括空间-时间域的互相干函数以及空间频率域的交叉谱密度函数,然后介绍了激光传输的基本理论以及方法,最后介绍了大气湍流基本理论,包括大气湍流效应的研究现状、大气湍流对激光通信的影响以及大气湍流的统计理论。在第三章,介绍了非均匀相关部分相干光束及其研究进展,光束的基本理论以及其特有的传播特性,如不同于传统高斯谢尔模型光束的强度最大值的轴向偏移等。在第四章,提出了一种产生具有非均匀相关光束交叉谱密度的方法,对比了该光束与基础高斯光束在不同环境中的传输性质,包括光谱密度、强度最大值以及桶中功率(PIB)等。在第五章,总结了文章中的主要观点并对今后可以继续深入研究的方向作了展望。

关键词：部分相干非均匀相关光束各向异性大气湍流

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部分相干焦散光束的形成及其相干特性

光子学报 2018年第7期47卷 169-176页

作者：杨艳飞吴逢铁胡汉青胡润朱清智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福建厦门361021

提出利用交叉谱密度函数描述焦散光束,将焦散光束的研究范围从相干光拓展到部分相干光领域.结合菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,导出焦散光束在自由空间中的传输表达式.理论分析了光束射入不同倾斜角度轴棱锥引起的像散对焦散光束的影响,... 详细信息

提出利用交叉谱密度函数描述焦散光束,将焦散光束的研究范围从相干光拓展到部分相干光领域.结合菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,导出焦散光束在自由空间中的传输表达式.理论分析了光束射入不同倾斜角度轴棱锥引起的像散对焦散光束的影响,并设计相关实验进行了验证,实验结果与数值模拟相吻合.进一步研究入射光场相干性对焦散光束的影响,发现随着入射光场空间相干长度的降低,焦散光强的明暗分布会慢慢变模糊,光束中心的光点阵列逐渐消失.

关键词：部分相干交叉谱密度焦散光束轴棱锥空间相干长度