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作者：周正兰安徽师范大学

学位级别：硕士

激光在湍流中的传输是目前广泛研究的一个课题,光在湍流中传输时,部分相干光相对于完全相干光而言,在克服湍流的负效应方面有明显的优势,因而受到学者们的广泛关注。最近研究表明,具有特殊关联空间结构的部分相干光束在随机介质中传输时... 详细信息

激光在湍流中的传输是目前广泛研究的一个课题,光在湍流中传输时,部分相干光相对于完全相干光而言,在克服湍流的负效应方面有明显的优势,因而受到学者们的广泛关注。最近研究表明,具有特殊关联空间结构的部分相干光束在随机介质中传输时,能呈现出一系列独特的光学效应,如:自分裂、自聚焦、自漂移、自整形等,因而学者们对于特殊关联空间结构的部分相干光的研究日益广泛。本文研究了一类特殊关联空间结构的部分相干月牙形（PCCL）光束在湍流中的传输特性,基于各向异性非Kolmogorov谱（非K谱）与海洋湍流谱,计算并分析了PCCL光束在传输过程中光束质量所受到的湍流的影响。鉴于PCCL光束能绕过轴上障碍物传输,研究了PCCL光束的最大光强位置的离轴特性,所得结果对于实际的激光传输有一定的指导意义。所做工作如下:介绍了湍流与部分相干光的研究背景,概述了几种不同类型的湍流折射率功率谱以及大气湍流与海洋湍流中部分相干光的研究情况。给出了湍流与部分相干光的基本理论,包括湍流的基本理论与测量方法,以及部分相干光的空间-时间域与空间-频率域理论,引入了特殊关联结构的PCCL光束的构建理论。在简要介绍PCCL光束的实验生成方法与研究意义的基础上,基于广义惠更斯-菲涅尔原理,推导了PCCL光束在非K谱中平均光强、方均根束宽和光束漂移的解析式,并进行相应的数值计算,得到了PCCL光束在非K谱模型中光束漂移随着各向异性参量的增大而降低的规律。与各向同性湍流相比,各向异性湍流对光束漂移的影响较小。基于广义惠更斯-菲涅耳原理与维格纳函数的二阶矩理论,推导了PCCL光束在海洋湍流中传输时的平均光强、方均根束宽、光束漂移、斯特列尔（SR）比与桶中功率（PIB）比的解析式,并将海洋湍流与大气湍流对于PCCL光束传输特性的影响进行对比与分析,归纳了不同初始光束参数与湍流参数对PCCL光束的传输特性的影响。最后对本文进行总结,并对后续工作提出展望。

关键词：大气与海洋光学广义惠更斯-菲涅耳原理部分相干月牙形光束激光传输特性

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部分相干月牙形光束在非Kolmogorov谱中的漂移

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激光技术 2019年第4期43卷 579-584页

作者：周正兰袁扬胜束杰徐翔屈军安徽师范大学物理与电子信息学院

为了探究部分相干月牙形光束在非Kolmogorov谱中漂移的演化规律,采用拓展Huygens-Fresnel原理,得到了相应的解析表达式,并运用MATLAB进行了数值模拟.结果表明,在非Kolmogorov谱中,部分相干月牙形光束的漂移分别随着各向异性参量的增大... 详细信息

为了探究部分相干月牙形光束在非Kolmogorov谱中漂移的演化规律,采用拓展Huygens-Fresnel原理,得到了相应的解析表达式,并运用MATLAB进行了数值模拟.结果表明,在非Kolmogorov谱中,部分相干月牙形光束的漂移分别随着各向异性参量的增大、湍流内尺度的增大、湍流外尺度的减小、结构常数的减小而降低;与各向同性湍流相比,各向异性湍流对漂移的影响较小;月牙形光束的最大光强位置的离轴距离分别随着波长、光束阶数的增大而增大,随着相干长度的增大而减小.月牙形光束由于最大光强位置的离轴特性,有利于绕过障碍物传输,所得结论对实际光通信有一定参考价值.

关键词：大气光学部分相干月牙形光束惠更斯-菲涅耳原理非Kolmogorov谱大气湍流漂移

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PCCL光束对瑞利粒子作用力的理论研究

引用

激光技术 2023年

作者：谢陈屈军安徽师范大学物理与电子信息学院

为了探究部分相干月牙形光束(PCCL)对瑞利粒子的捕获特性，采用广义惠更斯-菲涅耳原理推导了PCCL光束经过ABCD光学系统传输后的交叉谱密度及对瑞利粒子作用力的表达式，对聚焦PCCL光束在焦平面的归一化光强和对瑞利粒子作用力的分布情... 详细信息

为了探究部分相干月牙形光束(PCCL)对瑞利粒子的捕获特性，采用广义惠更斯-菲涅耳原理推导了PCCL光束经过ABCD光学系统传输后的交叉谱密度及对瑞利粒子作用力的表达式，对聚焦PCCL光束在焦平面的归一化光强和对瑞利粒子作用力的分布情况进行了软件模拟和理论分析，得到了聚焦PCCL光束的光强和捕获力随光束参量以及焦距变化的规律。结果表明，选取光束阶数n=3、初始腰宽w0=0.1 mm、相干长度d0=6 mm时，经焦距f=12 mm的透镜聚焦后的PCCL光束对高、低折射率粒子均能实现捕获；由于PCCL光束在焦平面处呈现离轴光强分布，峰值光强不在坐标原点，通过调节光束阶数、初始腰宽、相干长度和焦距，可实现对聚焦PCCL光强及瑞利粒子作用力的调控，从而实现聚焦PCCL光束对不同位置处瑞利粒子的灵活捕获。该研究结果为实际聚焦PCCL光束稳定捕获微粒提供了理论依据。

关键词：激光光学聚焦捕获惠更斯-菲涅耳原理部分相干月牙形光束

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