部分相干环状偏心光束通过海洋湍流的传输特性

推导出了部分相干环状偏心光束在海洋湍流中传输的平均光强和光束质心位置的解析表达式,并给出了最大光强位置满足的传输方程.研究发现: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.所得结果对工作于水下湍流环境中的部分相干环状偏心光束的应用具有重要意义.

基于调制光束的空间相干性获得局域空心光束

通过调制部分相干光的空间相干性,实现了局域空心光束的产生。理论上根据范西泰特-策尼克定理及标量衍射积分,构造出具有一定空间相干性的部分相干光,并研究其聚焦特性。实验上采用理论上要求的光学系统来构造具有特定空间相干性的部分相干光,并采用薄透镜聚焦部分相干光。研究表明,当构造出的部分相干光经透镜聚焦,可得到局域空心光束。研究了光学系统的参数及透镜焦距对产生局域空心光束的影响,结果显示:光阑的拦截比及透镜的焦距越大,获得的空心光束的尺寸就越大。

湍流对部分相干环状光束有效曲率半径的影响

采用非-Kolmogorov湍流模型,研究了湍流参数(广义指数α、折射率结构常数C2n)和光束遮拦比ε对部分相干环状光束有效曲率半径的影响。研究指出,有效曲率半径R随湍流广义指数α表现为非单调变化,且在α=3.11时存在R的极小值;湍流使得有效曲率半径R减小。另外,自由空间和湍流中,R都随ε的增加而增加;湍流对R的影响程度随ε的增大而增大。

部分相干环状平顶光束在大气湍流中的传输特性

文章研究了部分相干环状平顶光束在大气湍流中的传输性质,并推导出该光束在大气湍流中的角扩散解析表达式.研究表明,在一定条件下,两个不同的部分相干环状平顶光束、环状高斯谢尔模型(GSM)光束能够在自由空间及大气湍流中传输具有相同的角扩散.对该理论结果给出了相应的物理解释.

部分相干环形光束经透镜聚焦的焦移和焦开关

为了从理论上对部分相干环形光束被透镜聚焦后轴上点的光强分布以及焦移和焦开关现象进行研究,采用惠更斯-菲涅耳衍射积分方法进行了理论分析,取得了轴上点光强分布及焦移、焦开关现象的相关数据。结果表明,焦移量不仅依赖于环形光束外半径的菲涅耳数,还依赖于入射部分相干光的空间相干度和中心拦截比。菲涅耳数越大,焦移量越小;部分相干光的空间相干度越高,焦移量越小。菲涅耳数一定时,环形光束的中心拦截比越大,焦移越大。对于某一固定的空间相干度,随着菲涅耳数的降低会出现焦开关现象。这些结果对研究部分相干环形光束的聚焦性质是有帮助的。

海洋湍流中部分相干环状光束的空间相干性

基于广义惠更斯一菲涅耳原理，推导出了部分相干环状光束在海洋湍流中传输时光束相干度的解析公式，详细研究了光束相干度以及相干度宽度随传输距离、海洋湍流参数和光束参数的变化。研究结果表明：部分相干环状光束在自由空间和弱海洋湍流中传输时其光束相干度会出现振荡现象，但随着海洋湍流增强最终趋于类高斯分布。在弱海洋湍流情况下，光束相干度宽度在某一传输距离处达到极大值，并且它与环状光束遮拦比和光束相干参数有关。但是，在强海洋湍流情况下，光束遮拦比和相干参数对光束相干度的影响不大。所得结果对工作于水下湍流环境中的部分相干环状光束的应用具有意义。

湍流对部分相干环状光束空间相干性的影响

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的方法,推导出了部分相干环状光束通过湍流大气传输时,其光谱相干度的解析公式,并研究了光束的空间相干特性。研究表明,部分相干环状光束通过自由空间传输时其光谱相干度会出现振荡和相位奇异现象,且光束遮拦比ε越大振荡越厉害。但是,随着湍流的增强,其振荡逐渐减弱直至消失,不同ε的光谱相干度曲线相接近,并呈类高斯分布。光束遮拦比ε越大的部分相干环状光束其空间相干性受湍流影响越小。此外,在自由空间中,若光束相干参数α较小,随ε的变化光谱相干度二阶矩宽度ω_c可大于或小于其光谱强度二阶矩宽度ω_i,,且临界值ε_0随α的增大而增大;随着α的增大,则无论ε取何值都有ω_c>ω_i。然而,当湍流增强到一定程度,总是有ω_c<ω_i。

非Kolmogorov湍流对部分相干环状光束瑞利区间的影响

求解出了部分相干环状光束在非Kolmogorov湍流中的瑞利区间解析表达式,并研究了湍流参量(广义指数α、内尺度l0、外尺度L0)和光束参数对光束瑞利区间的影响。研究表明,湍流中瑞利区间zR|turb随湍流增强而减小,且始终小于自由空间中瑞利区间zR|free;zR|turb随L0(当3.6<α<4时)的增大而减小,随l0的增大而增大;zR|turb随α的增大先减小后增大,且在α=3.11处时存在极小值。此外,湍流对于光束瑞利区间的影响随相干参数β、束腰w0增大和遮拦比ε、光束阶数M(N)的减小而增大。