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激光与红外 2022年第8期52卷 1167-1176页

作者：杨宁赵亮许颖徐勇根西华大学理学院四川成都610039

利用扩展的Huygens-Fresnel原理以及维格纳分布函数(Wigner distribution function,WDF)的二阶矩理论,推导出部分相干径向偏振扭曲光束(partially coherent radially polarized twisted beam,PCRPTB)在非均匀大气湍流中的M^(2)因子、空间扩展和角扩展的解析式。通过相应的数值模拟计算分析了初始相干长度、束腰宽度、波长、天顶角、扭曲因子、湍流内尺度等对光束传输质量的影响。研究表明具有扭曲相位的PCRPTB展现出更强的抗大气湍流的能力,且扭曲因子越大,光束抗大气湍流的能力越强。而且减小初始相干长度,增大束腰宽度,波长也可以有效降低PCRPTB在大气湍流中的相对M^(2)因子,使光束具有更强的抗大气湍流的能力。研究还可以发现,PCRPTB在湍流内尺度与广义指数参数较大的大气湍流中以一个更小的天顶角传输,其相对M^(2)因子更小,表明大气湍流对PCRPTB的影响更小。

关键词：部分相干径向偏振扭曲光束扭曲因子非均匀大气湍流 M^(2)因子

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部分相干高阶高斯光束在非均匀大气湍流中的传输

部分相干高阶高斯光束在非均匀大气湍流中的传输

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作者：杨婷西华大学

学位级别：硕士

激光在大气湍流中传输时受湍流的影响而引起光束传输特性的改变以及光束质量下降,这严重制约了激光通信、激光测距和激光武器等实际应用,因此研究激光在大气湍流中的传输特性具有重要意义。在实际应用中激光通常是沿斜程方向的非均匀大... 详细信息

激光在大气湍流中传输时受湍流的影响而引起光束传输特性的改变以及光束质量下降,这严重制约了激光通信、激光测距和激光武器等实际应用,因此研究激光在大气湍流中的传输特性具有重要意义。在实际应用中激光通常是沿斜程方向的非均匀大气湍流传输的,且实际高功率激光器输出激光通常具有高阶模式及部分相干等特性,因此研究部分相干高阶高斯光束在非均匀大气湍流中的传输特性具有实际意义。本论文基于广义扩展惠更斯-菲涅尔原理和维格纳分布函数（WDF）的二阶矩定义,具体研究了部分相干高阶高斯光束通过非均匀大气湍流传输光束的传输特性。主要内容如下:1.推导出了部分相干厄米高斯光束（PC-SHGB）和部分相干复宗量厄米高斯光束（PC-EHGB）在非均匀大气湍流中的曲率半径、均方根角扩展和M因子的解析表达式。数值分析了湍流参数（天顶角、内尺度）和光束参数（光束阶数、相干长度、波长及束腰宽度）等参量对光束在非均匀湍流大气中的传输特性的影响,并对PC-SHGB和PC-EHGB在非均匀大气湍流中的M因子、曲率半径和均方根角扩展进行了对比分析。结果表明,当光束在非均匀大气湍流传输时,PC-EHGB比PC-SHGB具有较小的M因子,即PC-EHGB受非均匀大气湍流影响较小。2.推导了部分相干复宗量拉盖尔高斯光束（PC-ELGB）和部分相干拉盖尔高斯光束（PC-SLGB）在非均匀湍流中的相对空间扩展均方根、相对M因子和相对角扩展均方根的解析表达式。数值分析了PC-ELGB和PC-SLGB在非均匀湍流中的传输变换特性受湍流参数、光束参数及传输距离的影响,并对二者进行了对比分析。结果表明在非均匀湍流中PC-ELGB比PC-SLGB的相对空间扩展和M因子较大,即PC-SLGB受非均匀湍流影响较小。3.推导出拉盖尔高斯相关谢尔模型（LGCSM）光束和厄米高斯相关谢尔模型（HGCSM）光束在非均匀大气湍流中的M因子、空间扩展和角扩展的解析表达式。研究了LGCSM和HGCSM光束在非均匀湍流中的相对M因子、空间扩展和角扩展受天顶角、湍流内尺度、相干长度、光束阶数和束腰宽度等参数的影响。结果显示非均匀大气湍流对LGCSM和HGCSM光束的影响比高斯光束和高斯谢尔模型光束小。且光束在非均匀大气湍流中的传输明显不同于水平均匀湍流。

关键词：非均匀大气湍流部分相干厄米高斯光束部分相干拉盖尔高斯光束拉盖尔高斯相关谢尔模型光束厄米高斯相关谢尔模型光束束宽 M2因子

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具有轨道角动量的涡旋光束在非均匀大气湍流中的传输特性

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西华大学学报（自然科学版） 2020年第2期39卷 39-45页

作者：王晓艳徐勇根杨盛凯西华大学理学院

基于拓展的惠更斯–菲涅尔原理、维格纳分布函数的二阶矩定义,研究涡旋光束(l=1)在非均匀大气湍流中的传输特性,推导出其M^2因子及光束扩展表达式,并进行数值模拟。结果表明,初始空间相干长度、束腰半径、光束波长、天顶角以及湍流内尺... 详细信息

基于拓展的惠更斯–菲涅尔原理、维格纳分布函数的二阶矩定义,研究涡旋光束(l=1)在非均匀大气湍流中的传输特性,推导出其M^2因子及光束扩展表达式,并进行数值模拟。结果表明,初始空间相干长度、束腰半径、光束波长、天顶角以及湍流内尺度对光束传输有较大影响。在一定范围内,减小相干长度、天顶角、束腰半径,增大波长或湍流内尺度,均能有效提高光束传输质量。相较于电磁–高斯谢尔模型阵列光束、部分相干空心光束,具有轨道角动量的涡旋光束受大气湍流的影响更小,更有利于信息的有效传递。在自由空间光通信(FSO)中,采用电磁高斯涡旋光束,具有更高的稳定性。

关键词：轨道角动量涡旋光束非均匀大气湍流 M2因子光束扩展

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部分相干空心光束在非均匀大气湍流中的传输

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西华大学学报（自然科学版） 2017年第1期36卷 50-54页

作者：徐勇根杨婷马再如田欢欢张笔灵西华大学理学院四川成都610039

基于惠更斯-菲涅尔原理和维格纳分布函数的二阶矩定义,推导部分相干空心光束(PCHGB)在非均匀大气湍流中传输的束宽和远场发散角的解析表达式,并对其在非均匀大气湍流中的传输特性进行定量分析和讨论。研究结果表明;PCHGB在非均匀大气湍... 详细信息

基于惠更斯-菲涅尔原理和维格纳分布函数的二阶矩定义,推导部分相干空心光束(PCHGB)在非均匀大气湍流中传输的束宽和远场发散角的解析表达式,并对其在非均匀大气湍流中的传输特性进行定量分析和讨论。研究结果表明;PCHGB在非均匀大气湍流的传输过程中,其束宽受大气湍流的影响取决于光束的束腰、阶数、波长、相干度以及湍流内尺度和天顶角;非均匀大气湍流对PCHGB远场发散角的影响与光束的天顶角、湍流内尺度、相干度以及波长密切相关;在非均匀大气湍流的传输中,当天顶角为π/3时,PCHGB远场发散角的饱和传输距离为0.3 km。

关键词：部分相干空心光束非均匀大气湍流束宽和远场发散角

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