大气湍流对多色高斯-谢尔模型光束扩展的影响

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,采用Rytov相位结构函数二次近似和硬边窗口函数的复高斯展开法,推导了受光阑限制的多色高斯-谢尔模型(GSM)光束在大气湍流中的二阶矩束宽公式。研究表明:二阶矩束宽随着大气湍流折射率结构常数、源光谱带宽和光束传输距离的增加而增大,随着光束截断参数和光束相干参数的增加而减小;并且,当源光谱带宽越大、光束截断参数和光束相干参数越小,则湍流对受光阑限制的多色GSM光束扩展的影响就越小。

非柯尔莫哥诺夫湍流对部分相干双曲余弦高斯光束扩展的影响

基于非柯尔莫哥诺夫湍流模型,本文给出了部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流传输的二阶矩束宽和相对束宽解析式,并研究了湍流参数(广义指数α、内尺度l0、外尺度L0)和光束参数(离心参数δ、相干参数β)对光束扩展的影响。研究表明:束宽随α的增大而先增大后减小,且在α=3.11处存在光束扩展极大值;束宽随l0的增大而减小,随L0的增大而略微增大(仅当α>3.7时)。另外,束宽随δ的增大及β的减小而增大,但当δ越大和β越小时,光束扩展受湍流的影响则越小。

大气通信中部分相干径向偏振光束的束宽展宽和角扩展研究

根据广义惠更斯-菲涅耳原理及交叉谱密度矩阵推导出部分相干径向偏振光束及高斯光束在大气通信中二阶矩束宽的解析表达式,同时通过对比大气湍流强度、相干长度及光源波长对两种光束在大气通信中束宽展宽及角扩展的影响,说明部分相干径向偏振光束在大气通信中更具优越性。研究表明,部分相干径向偏振光束及高斯光束在大气湍流中的传输都满足如下规律:大气湍流强度越大,则束宽展宽越大,角扩展越大;光源相干长度越大,则光束受大气湍流的影响越大,角扩展越小;光源波长越长,光束受大气湍流的影响越小,角扩展越大。但大气湍流强度、光源相干长度及波长三方面对部分相干径向偏振光束束宽展宽的影响远小于其对高斯光束束宽展宽的影响,即同一参数下,高斯光束束宽展宽远大于部分相干径向偏振光束束宽展宽。此外,高斯光束的角扩展不仅与上述三参量有关,还受其光束束腰宽度影响,而光束的束腰宽度对部分相干径向偏振光束的角扩展并不产生影响。以上结论表明部分相干径向偏振光束相对于高斯光束更有利于在大气湍流中传输,同时关于大气湍流强度、光源相干长度及波长三参量的研究,对于部分相干径向偏振光束在大气光通信中的应用具有指导作用。

部分相干双曲余弦高斯阵列光束的湍流距离

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,采用Rytov相位结构函数二次近似和积分变换技术,推导出了部分相干双曲余弦高斯(ChG)阵列光束通过大气湍流传输时光束湍流距离的表达式。研究结果表明,部分相干ChG阵列光束的湍流距离与大气湍流强度、光束参数(包括子光束数、光束相干参数、离心参数、相对子光束间距)以及光束叠加方式(即交叉谱密度函数叠加和光强叠加)等有关。部分相干ChG阵列光束的光束扩展会随着大气湍流强度的增大而增大,但当选择合适的光束参数以及光束叠加方式时,可以减小湍流对部分相干ChG阵列光束扩展的影响。

湍流对环状光束扩展的影响

采用积分变换技巧,推导出了环状光束通过湍流大气传输二阶矩束宽的解析表达式,并研究了湍流对环状光束扩展的影响.另一方面,通过分析二阶矩束宽给出了环状光束不受湍流影响的传输范围,指出环状光束将不受到湍流大气影响的条件.研究表明,光束遮拦比ε、阶数M(N)、波长λ越大,束宽w0越小,则环状光束受湍流大气的影响就越小.并对所得到的主要结果给出了合理的物理解释.

大气湍流对径向分布高斯列阵光束扩展和方向性的影响

采用积分变换的技巧,推导出了径向分布高斯列阵光束通过湍流大气传输的二阶矩束宽和远场发散角的解析公式,并详细研究了大气湍流对光束扩展和方向性的影响.研究表明,相干合成情况下,子光束数N越小、径向分布半径r0越大,列阵光束扩展受湍流影响越小.相干较非相干合成时列阵光束的扩展小,但非相干合成时列阵光束扩展受湍流的影响比相干合成时的小.特别地,N足够小或r0足够大时,相干与非相干合成列阵光束的远场束宽相等.另一方面,还给出了相干和非相干合成径向分布高斯列阵光束与单束高斯光束具有相同的方向性的条件.对主要结果给予了合理的物理解释.

复宗量Laguerre-Gauss光束在强非局域非线性介质中的传输

研究得到了偏离束腰入射的复宗量Laguerre-Gauss光束在强非局域非线性介质中传输的解析表达式,并且得到了其二阶矩束宽的解析解.通过例子研究了偏离束腰入射的复宗量Laguerre-Gauss光束在强非局域非线性介质中传输性质.结果表明:非(0,m)模的复宗量Laguerre-Gauss光束的光束形状随着传输而发生改变,并以Δz=πzc为周期做周期性演化.而(0,m)模复宗量Laguerre-Gauss光束在演化过程中则形状保持不变,仅改变光束宽度;不论功率多大,在偏离束腰入射条件下总是表现为呼吸子;只有当其为束腰入射,并且入射功率等于临界功率时才能形成孤子.