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大气湍流对部分相干厄米-高斯光束空间相干性的影响

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物理学报 2008年第4期57卷 2607-2613页

作者：陈晓文汤明玥季小玲四川师范大学物理系成都610068

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,并采用Rytov相位结构函数二次近似,推导出了部分相干厄米-高斯(H-G)光束通过大气湍流传输的光谱相干度公式,研究了湍流对光束的空间相干特性的影响.研究表明,部分相干H-G光束通过大气湍流传输其光谱相干度会... 详细信息

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,并采用Rytov相位结构函数二次近似,推导出了部分相干厄米-高斯(H-G)光束通过大气湍流传输的光谱相干度公式,研究了湍流对光束的空间相干特性的影响.研究表明,部分相干H-G光束通过大气湍流传输其光谱相干度会出现振荡和相位奇异现象,但随着湍流的增强,振荡减弱,直至振荡和相位奇异现象消失,这一特性与高斯-谢尔模型光束的差异很大.光束的相干参数越小,光束空间相干性受湍流的影响也越小.此外,还研究了光谱相干度二阶矩宽度与光谱强度二阶矩宽度间的关系,得到一些有意义的结果,并给出了合理的物理解释.

关键词：部分相干厄米-高斯光束大气湍流光谱相干度二阶矩宽度

部分相干厄米-高斯光束在湍流大气中的M^2因子

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宁夏大学学报（自然科学版） 2011年第3期32卷 226-230页

作者：黄永平赵光普段志春宜宾学院物理与电子工程学院四川宜宾644007 宜宾学院计算物理四川省高校重点实验室四川宜宾644007

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和Winger分布函数二阶矩的定义,推导出部分相干厄米-高斯(PCHG)光束在湍流中的M2因子的解析表达式,并进行了数值计算和分析.研究结果表明:湍流中PCHG光束的M2因子由光束的阶数、相干长度、束腰宽度、波长以及... 详细信息

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和Winger分布函数二阶矩的定义,推导出部分相干厄米-高斯(PCHG)光束在湍流中的M2因子的解析表达式,并进行了数值计算和分析.研究结果表明:湍流中PCHG光束的M2因子由光束的阶数、相干长度、束腰宽度、波长以及湍流的折射率起伏结构常数和传输距离来决定;随着光束阶数、大气湍流的折射率起伏结构常数以及传输距离的增大,以及光束相干长度的减小,PCHG光束在湍流大气中的M2因子明显增大;对于给定的传输距离,存在最佳初始束宽使大气湍流中PCHG光束的M2因子最小;完全相干厄米-高斯光束和高斯-谢尔模型(GSM)光束在大气湍流中的M2因子变化规律可以作为本文研究的特例.

关键词：激光光学部分相干厄米-高斯光束 M2因子大气湍流

部分相干厄米高斯光束在海洋湍流中光束传输质量的变化

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中国激光 2013年第4期40卷 244-250页

作者：陈斐楠陈延如赵琦陈晶晶辛煜南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094

利用近年来发展的描述海洋湍流的空间功率谱函数,结合数值积分的方法计算并绘制了广义惠更斯菲涅耳积分中湍流项的大小随湍流参数变化的曲面图。继而通过魏格纳分布函数和光束二阶矩的定义模拟了部分相干厄米高斯(PCHG)光束的M2因子在... 详细信息

利用近年来发展的描述海洋湍流的空间功率谱函数,结合数值积分的方法计算并绘制了广义惠更斯菲涅耳积分中湍流项的大小随湍流参数变化的曲面图。继而通过魏格纳分布函数和光束二阶矩的定义模拟了部分相干厄米高斯(PCHG)光束的M2因子在海洋湍流中的变化情况,分析了光源参数的选择对于光束传输质量因子的影响。最后通过M2因子矩阵,计算了非旋转对称二维PCHG光束传输质量随旋转角α变化的轨迹图。发现随着传输距离的增大,在接收面上,光斑因x,y方向上模式的不同而造成轨迹图的形状的不同将逐渐消失,趋近于相同的圆形轨迹。

关键词：海洋光学空间功率谱函数部分相干厄米-高斯光束 M2因子矩阵

湍流对部分相干环状偏心光束和厄米—高斯光束传输特性的影响

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湍流对部分相干环状偏心光束和厄米—高斯光束传输特性的影响

作者：杨婷四川师范大学

学位级别：硕士

激光通过湍流介质传输特性的研究对发展激光通信、卫星遥感、激光测距和激光武器等实际应用具有非常重要的意义。大气湍流和海洋湍流是两种不同的重要激光传输介质,因此研究大气湍流和海洋湍流对激光传输特性的影响具有重要意义。实际... 详细信息

激光通过湍流介质传输特性的研究对发展激光通信、卫星遥感、激光测距和激光武器等实际应用具有非常重要的意义。大气湍流和海洋湍流是两种不同的重要激光传输介质,因此研究大气湍流和海洋湍流对激光传输特性的影响具有重要意义。实际大气呈现出不均匀性或各向异性等特征,并且实际激光束存在部分相干性、高阶模式、环状分布、偏心分布。本论文以部分相干厄米-高斯光束和部分相干环状偏心光束为例,研究了大气湍流和海洋湍对光束传输特性的影响。本论文主要研究内容如下:(1)部分相干厄米-高斯光束通过non-Kolmogorov大气湍流传输光束扩展区间的研究。研究表明:激光通过大气湍流传输,光束扩展主要由空间衍射和大气湍流两个物理机制确定,而大气湍流对光束扩展的影响又与光束空间衍射特性相关。本文把光束扩展按传输距离划分为三个区间,造成这三个区间的光束扩展的主要物理机制依次是:空间衍射、空间衍射和大气湍流、大气湍流。本论文推导出了两个湍流距离和瑞利距离的解析表达式,做数值计算详细研究了激光参量和大气湍流参量对三个光束扩展区间范围大小的影响,以及第一个光束扩展区间与光束瑞利区间的关系,并对主要的结论给出了合理的物理解释。(2)部分相干环状偏心光束通过海洋湍流传输的光强特性、质心位置和最大光强位置变化的研究。推导出了部分相干环状偏心光束通过海洋湍流传输平均光强和光束质心位置的解析表达式,给出了最大光强位置满足的传输方程,进而详细研究了光束平均光强分布、质心位置和最大光强位置的变化规律。研究表明:经足够长距离传输后,在自由空间中最大光强位置比光束质心更靠近传输z轴,并且其位置随着光束相干参数的增大而靠近传输z轴,随着光束偏心参数和遮拦比的增大而远离传输z轴。但是,在海洋湍流中最大光强位置趋于质心位置,并且海洋湍流的增强会加速最大光强位置趋于质心位置的进程。在海洋湍流中光束的相干性对光束传输特性的影响明显减小。另一方面,光束质心位置与光束的相干性、光束传输距离以及海洋湍流均无关系,并且光束质心位置随着光束偏心参数和遮拦比的增大而远离传输z轴。(3)部分相干环状偏心光束通过海洋湍流传输的光束对称性和平坦程度变化的研究。根据魏格纳分布函数,推导出了部分相干环状偏心光束的高阶矩、偏斜度A和K参数的解析表达式,并推导出了与K参数有关的海洋湍流参数T’的解析表达式,以及研究了海洋湍流参数T’的特性。研究发现:海洋湍流中偏斜度A和K参数的变化规律与自由空间中的差别很大。自由空间中,在某一适当传输距离z处,光束的大部分光强分布从质心坐标轴y的一侧移动到另一侧,z与相干参数t值无关,光束在远场会出现尖峰态;且只有光束相干性较差时大部分的光强分布在y轴的一侧,光束呈高斯分布。但是,在海洋湍流中,当湍流不太弱时,无论光束相干性如何,光束的大部分光强分布都在y轴的一侧,光束在远场总能呈高斯分布。

关键词： non-Kolmogorov 大气湍流海洋湍流部分相干厄米-高斯光束部分相干环状偏心光束光束扩展区间湍流距离瑞利距离对称性平坦程度质心位置最大光强位置平均光强

激光通过非Kolmogorov大气湍流传输光束扩展区间的研究

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光学学报 2015年第5期35卷 1-7页

作者：杨婷季小玲四川师范大学物理学院四川成都610068

激光通过大气湍流传输,光束扩展主要由空间衍射和大气湍流两个物理机制确定,而大气湍流对光束扩展的影响又与光束空间衍射特性相关。研究了部分相干厄米-高斯(H-G)光束通过非Kolmogorov大气湍流传输光束扩展区间问题,把光束扩展按传输... 详细信息

激光通过大气湍流传输,光束扩展主要由空间衍射和大气湍流两个物理机制确定,而大气湍流对光束扩展的影响又与光束空间衍射特性相关。研究了部分相干厄米-高斯(H-G)光束通过非Kolmogorov大气湍流传输光束扩展区间问题,把光束扩展按传输距离划分为三个区间,造成这三个区间的光束扩展的主要物理机制依次是:空间衍射、空间衍射和大气湍流、大气湍流。详细研究了部分相干H-G光束参数和大气湍流参数对这三个区间范围大小的影响,以及第一个光束扩展区间与光束瑞利区间的关系,并对主要结果给出了合理的物理解释。

关键词：大气光学光束扩展区间部分相干厄米-高斯光束非Kolmogorov大气湍流湍流距离瑞利距离

激光光束在分数傅里叶变换系统中的光强及光谱特性研究

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激光光束在分数傅里叶变换系统中的光强及光谱特性研究

作者：陈森会四川师范大学

学位级别：硕士

分数傅里叶变换是传统傅里叶变换在分数级次上的发展和延拓,除具有传统傅里叶变换的特点外,还具有自身的优点。对光束通过分数傅里叶变换系统传输特性的研究,在光束整形、光束质量控制方面具有重要意义;而对光束通过有色差的分数傅里叶... 详细信息

分数傅里叶变换是传统傅里叶变换在分数级次上的发展和延拓,除具有传统傅里叶变换的特点外,还具有自身的优点。对光束通过分数傅里叶变换系统传输特性的研究,在光束整形、光束质量控制方面具有重要意义;而对光束通过有色差的分数傅里叶变换系统光谱特性的研究,在实验室研究光束在分数傅里叶变换系统中的传输,光开光以及光开关在光学互连、光通讯等领域中的应用具有重要参考价值。本文研究了激光光束在分数傅里叶变换系统中的光强及光谱特性。主要工作如下:1.研究了厄米-拉盖尔-高斯光束在分数傅里叶变换系统中的传输特性,结果表明:输出面上的光强随分数傅里叶变换阶数、光束的模指数和α参数的变化而改变,其中光强随分数傅里叶变换阶数的变化周期为2。2.基于Collins积分公式和硬边光阑函数可以展开成有限级次的复高斯函数叠加理论,研究了双曲余弦平方-高斯光束在有光阑的分数傅里叶变换系统中的传输特性。研究表明:利用近似方法得到的光强分布与直接积分得到的光强分布吻合较好;输出面光强分布与光阑尺寸和分数傅里叶变换阶数密切相关,当截断参数(光阑尺寸与光束宽度的比值)小于6时,光阑的衍射效应不能忽略,此时光强随分数傅里叶变换阶数的变化周期为4;截断参数大于等于6时,光阑效应可以忽略,此时光强随分数傅里叶变换阶数的变化周期为2。3.讨论了部分相干高斯光束在有色差的分数傅里叶变换系统中的光谱特性。研究发现:分数傅里叶变换阶数和色差大小均对归一化的光谱和相对谱移动具有较大的影响;色差的大小会影响相对谱移动的大小、光谱跃变发生的位置以及光谱跃变量的大小;相对谱移动也随色差的变化而改变,分数傅里叶变换的阶数会影响相对谱移动随色差的变化规律。此外,有色差时,Lohmann I型系统和Lohmann II型系统是否等效还取决于分数傅里叶变换阶数。4.研究了部分相干厄米-高斯光束在有色差的分数傅里叶变换系统中的光谱特性。结果表明:分数傅里叶变换阶数、色差大小和光束的阶数均对归一化的光谱具有较大的影响;离轴点相对谱移动随分数傅里叶变换阶数的变化而改变,色差大小或光束阶数不同时,变化曲线各不相同;相对谱移动随色差的变化而改变,当系统变换阶数或光束阶数不同时,离轴点相对谱移动随色差的变化规律也各不相同。

关键词：分数傅里叶变换(FRFT) 光谱色差厄米-拉盖尔-高斯光束双曲余弦-平方高斯光束部分相干高斯光束部分相干厄米-高斯光束