多高斯-谢尔模型光束在海洋湍流中的传输特性研究

基于最近发展的描述海洋湍流的空间功率谱函数和线性介质中广义惠更斯-菲涅耳积分公式，推导了多高斯-谢尔模型光束的光强、相干度及光束质量分子肝的解析表达式，研究了海洋湍流对多高斯谢尔模型光束传输特性的影响。数值计算结果表明，海洋湍流对多高斯-谢尔模型光束传输特性有着重要影响。适当地选择光束参数，在远场光强不仅可以形成平顶分布，而且这种平顶分布在湍流中能够保持相当长的距离，并且多高斯-谢尔模型光束的级次N越大，湍流诱导的光束扩展越小。

高斯-谢尔模型光束通过光阑像散透镜传输轴上光谱变化(英文)

从部分相干光的传输理论出发,研究了高斯-谢尔模型(GSM)光束通过光阑像散透镜传输轴上的光谱变化规律.结果表明,与光源光谱相比,高斯-谢尔模型(GSM)光束通过光阑像散透镜传输轴上光谱发生了中心频率的移动,这种现象被称为光谱位移.详细分析了透镜的像散、光束的空间相关性和光阑的截断参量对光谱变化的影响.数值计算表明,这些参量会对光谱移动产生比较大的作用.

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。

高斯-谢尔模型阵列光束在湍流大气中的空间相干性

基于广义Huygens-Fresnel原理和Rytov相位结构函数二次近似的方法,推导出了径向分布高斯-谢尔模(GSM)阵列光束在湍流大气中传输时的交叉谱密度函数解析表达式,并利用表征光束相干性的空间复相干度系数,详细分析了GSM阵列光束在大气湍流中传输时的空间相干性变化规律。研究结果表明:径向分布GSM阵列光束的空间相干性由子光束空间相干长度、传输距离、大气折射率结构常数及相对径向填充因子等因素共同确定;径向分布GSM阵列光束通过湍流大气时,其空间相干度在传输过程中会出现多峰值现象,但是随着传输距离增大,多峰值现象逐渐消失并趋向于高斯分布,并且随着距离增大空间相干度宽度逐渐减小,光束空间相干性变差。

多色矢量高斯-谢尔模型光束的焦移和焦开关

从交叉谱密度矩阵的传输公式出发,对多色矢量高斯-谢尔模型(GSM)光束的焦移和焦开关作了详细的研究·插入偏振片之前,多色矢量高斯-谢尔模型(GSM)光束通过硬边光阑透镜分离光学系统后,有焦移,但无焦开关;而插入偏振片之后,会出现焦开关·改变偏振片的旋转角度可以控制焦开关的特性·

光阑对偏振高斯-谢尔模型光束偏振特性的影响（英文）

根据广义惠更斯-菲涅尔原理和Collins公式,基于复高斯函数展开法,推导出椭圆偏振的高斯-谢尔模型光束经过矩形光阑衍射后的交叉谱密度公式,结合斯托克斯矢量理论推导了椭圆偏振高斯-谢尔模型光束在接收平面的光强、偏振度、方位角和椭圆度的表达式,数值分析了光阑的孔径遮拦比对光强、偏振度及方位角和椭圆度的影响.结果表明,光阑的孔径遮拦比在近场区对经过光阑后椭圆偏振高斯-谢尔模型光束的光强和偏振特性有显著影响;随着传输距离的增大,光强和偏振特性受孔径遮拦比的影响减小,光强和偏振特性变化平稳.

部分空间和部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间中的光谱和时间特性

对部分空间和部分光谱相干2维高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间传输的光谱和时间特性做了详细的数值研究。结果表明,部分空间和部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间传输中发生了光谱移动,光谱移动与场点位置、空间相关长度和时间相干长度有关。在轴上,光谱出现蓝移,相对光谱移动随传输距离的增加而增大,随空间相关长度和时间相干长度的增加而减小,并逐渐趋于一定值。在轴外,光谱出现蓝移和红移,并与空间相关长度和时间相干长度有关。脉冲时间波形不变,对所得主要结果做了物理解释。

高斯-谢尔模型光束通过聚焦光学系统的偏振特性

为了研究高斯-谢尔模型光束的偏振特性,采用交叉谱密度矩阵的方法,研究了该光束通过聚焦光学系统的偏振特性,得到了完全偏振和完全非偏振光束保持偏振度不变的条件,并给出了通过聚焦光学系统后传输平面偏振度实现均匀分布的条件。结果表明,聚焦光学系统中偏振度在焦点位置附近有明显的起伏变化;焦点位置上的偏振度等于其在自由空间传输时的远场稳定偏振度。该研究对激光传输领域具有重要的理论和现实意义。

离轴扭曲各向异性高斯-谢尔模型光束在湍流大气中的传播

该文基于广义惠更斯-菲涅耳原理,利用部分相干光复曲率张量推导出了离轴扭曲各向异性高斯-谢尔模型光束在湍流大气中传播的解析表达式,详细研究了该类光束在湍流大气中的传播特性。研究表明:离轴扭曲各向异性高斯-谢尔模型光束光斑在湍流大气中将退化为非离轴高斯圆形光斑;离轴参数与传播距离之间的关系曲线随着湍流强度的减弱、扭曲参数的增大以及光源相干性减弱变化缓慢。结果还表明,利用部分相干光复曲率张量分析各类高斯-谢尔光束在大气湍流中的传播和变换特性是一种简单有效的方法。

大气湍流对受光阑限制的多色高斯-谢尔模型光束总光强分布特性的影响

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,采用Rytov相位结构函数二次近似和窗口函数的复高斯展开法,推导出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总光强公式,详细研究了大气湍流对受光阑限制的多色GSM光束总光强分布特性的影响.研究表明,光束截断参数、光束相干参数和源光谱带宽越小,大气湍流对受光阑限制的多色GSM光束总光强影响就越小.特别地,湍流对受光阑限制的多色GSM光束的影响比无光阑限制时要小;在大气湍流和自由空间中,受光阑限制的多色GSM光束比准单色GSM光束扩展大.

截断高斯-谢尔模型光束聚焦特性的快速分析

以圆形函数可近似展开为有限数目的复高斯函数叠加为基础 ,推导出部分相干高斯 谢尔模型 (GSM )光束通过圆形光阑透镜的轴上聚焦光强分布的解析计算公式 ,并与衍射积分方法所得的结果进行比较分析。结果表明 ,复高斯函数叠加的方法能极大地提高计算效率。

大气湍流对径向分布的高斯-谢尔模型列阵光束角扩展的影响

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,推导出了径向分布的高斯-谢尔模型(GSM)列阵光束在大气湍流中的角扩展(θsp)的解析表达式,研究了湍流对列阵光束角扩展的影响.研究表明:交叉谱密度叠加时的径向分布的GSM列阵光束的θsp总比光强叠加时的θsp小,但交叉谱密度叠加时θsp受湍流影响较光强叠加时大.交叉谱密度叠加时,相干长度、束腰半径、光束数越小和径向分布半径越大的径向分布的GSM光束的θsp受大气湍流的影响越小;光强叠加时θsp则与光束数和径向分布半径无关.

高斯-谢尔模型光束在海洋湍流中偏振传输特性

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射原理和光束的偏振相干统一理论,研究了高斯-谢尔模型光束在Kolmogorov海洋湍流中传输时偏振特性的变化规律,得出了保持偏振特性不变时的条件.在此基础上,研究了完全偏振线偏振光与圆偏振光在海洋湍流中的偏振传输特性,结果表明:在Kolmogorov海洋湍流下,完全偏振的高斯-谢尔模型光束的偏振特性不受海洋湍流影响.

海洋湍流中的量子高斯-谢尔光束偏振模型（英文）

研究湍流对海水光通信信道中传输的量子高斯-谢尔光束偏振度的影响.运用量子化场的惠更斯-菲涅尔原理,构建湍流海水中量子化高斯谢尔光束的产生和湮灭算符.基于海水折射率的空间功率谱,导出了量子高斯-谢尔光束的偏振度.数值结果表明:在参数给定条件下,温度与盐度的比值从-4.5变化到-0.5时,偏振度从0.75下降到0.20;接收光子数从20提高到50时,偏振度从0.91提高到0.96;光源横向尺寸从0.02m增大到0.12m时,偏振度从0.82提高到0.97;温度起伏对偏振度的影响高于盐度起伏的影响;提高发射光子数和增大发射孔径是扼制湍流干扰的有效方法.

高斯-谢尔模型光束通过非线性介质后的光强分布

根据高斯-谢尔模型光束在自由空间中传输的特性,研究它在穿过非线性介质后的衍射光强.数值模拟表明,穿过非线性介质后,高斯-谢尔光束的光强变化受到光束的相干度和通过非线性介质后产生的附加相移的共同影响.对应于同样的部分相干光,相同的条件下大的附加相移能够增强相干度对光强的影响,使光强曲线发生明显的波动;对应于确定的附加相移,相干度大的光束光强曲线变化更为明显.随着传输距离的增大,不同附加相移的光束光强大小发生变动,附加相移最小的光束光强最后将大于附加相移最大的光束光强.

部分空间和部分时间相干衍射高斯-谢尔模型脉冲光束在大气湍流中的光谱移动和光谱开关

基于非稳光场的相干光理论,研究了部分空间和部分时间相干高斯-谢尔模型脉冲光束在大气湍流中的光谱变化规律。给出了两者在大气湍流中的光谱传输公式。数值计算结果表明,由于光阑衍射效应的影响,光谱沿轴向、径向均出现蓝移或红移,随着相对传输距离z/z0、空间相干参数β和折射率结构常数C2n的增大,脉冲时间相干长度Tc的减小,轴向光谱蓝移量(或红移量)逐渐增大,由明显的起伏逐渐趋于稳定并且沿径向出现了光谱开关。其数目随着截断参数δ的增大,光阑的衍射效应减弱而逐渐增多,光谱跃迁量△逐渐减小;随着脉冲时间相干长度的增大,光谱跃迁量逐渐减小,开关位置逐渐靠近z轴;而随着折射率结构常数的增大,光谱跃迁量逐渐减小,开关位置逐渐远离z轴。随着相对传输距离的增大,大气湍流对光谱的影响逐渐增大而光阑衍射效应逐渐减小,因此,光阑衍射在近场区对光谱影响较大,而大气湍流在远场区对光谱影响较大。

矩形分布高斯-谢尔模型列阵光束的等效曲率半径

推导出矩形分布高斯-谢尔模型(GSM)列阵光束通过湍流大气传输的等效曲率半径的解析表达式。研究表明,等效曲率半径由湍流强度、GSM列阵光束参数及光束的叠加方式等因素共同确定。湍流使得等效曲率半径减小,但湍流对交叉谱密度函数叠加时等效曲率半径的影响要比光强叠加时大。在自由空间中,交叉谱密度函数叠加时GSM列阵光束的等效曲率半径要比光强叠加时的大。但是,随着湍流的增强,交叉谱密度函数叠加时GSM列阵光束的等效曲率半径可以大于、等于或小于光强叠加时的等效曲率半径。此外,若光束相干参数和子光束数目越大,则等效曲率半径受湍流的影响越大。GSM列阵光束的等效曲率半径受湍流的影响比高斯列阵光束要小。

高斯-谢尔模型光束通过杨氏双缝衍射后的解析传输公式

通过将杨氏双缝窗口函数表示为复高斯函数叠加的方法,从Collins公式出发推导出了高斯-谢尔模型(GSM)光束通过杨氏双缝和ABCD光学系统后光强的近似解析表达式。利用该公式作了数值计算,通过与Collins公式计算结果进行比较,确定了该公式的适用范围,研究了相干长度和双缝中心遮拦比对解析公式适用范围的影响,并对该公式的应用前景作了展望。

各向异性高斯-谢尔模型光束的Z扫描实验

根据各向异性高斯-谢尔模型光束在空间的传输公式,推导出小孔处的光强表达式,并依据此公式对实验进行数值模拟.结果表明,x和y方向的相干度变化,以及光束偏心率的大小都直接影响着归一化曲线的峰-谷间差值ΔTp-v的大小.在一定偏心率下,ΔTp-v随着相干度的增大而增大;而在相同相干度下,偏心率的增大导致会ΔTp-v的减小.

纵向场成分对部分偏振高斯-谢尔模型光束传输特性的影响

采用部分相干光的传输理论,推导出了部分偏振高斯-谢尔模型光束传输的3×3阶交叉谱密度矩阵的解析表达式。与其傍轴传输相比,纵向场成分的出现不仅改变了光强在横截面上的对称性分布,还对部分偏振高斯-谢尔模型光束的相干性质和偏振性质产生重要影响。