部分相干光束在湍流大气中传输时的偏振变化

根据电磁高斯-谢尔模型(EGSM)光束在湍流大气中传输时偏振特性的理论模型,研究EGSM光束在湍流介质中传输时整个光场的偏振特性.考察光源的偏振度、光源平面x,y两个方向的相干长度,以及光斑大小对光束偏振特性的影响.研究结果表明,部分相干光在湍流介质中传输时,偏振特性不仅会随着传输距离的增加而变化,而且在同一观察面内(z固定),偏振度也随位置的不同而不同.

偏振部分相干激光波束在湍流大气中传输的扩展和漂移(英文)

基于广义Huygens-Fresnel原理,利用Collins公式,讨论了偏振部分相干激光波束在湍流大气中传输的交叉谱密度函数,推导出经过偏振后的高斯-谢尔模型光束在外场不同距离水平传输时,光谱强度、束腰宽度及重心位置漂移的解析表达式.对偏振激光在大气湍流中传输时光束扩展和漂移进行数值仿真,得到相同传输距离下,偏振角、初始束腰及波长取不同值时,激光波束的扩展和漂移的变化情况.分析了相同偏振角度下,不同传输距离对光束扩展和漂移的影响.研究结果表明:大气湍流中偏振激光波束的扩展和漂移依赖于波束的波长、初始光束的偏振角和初始束腰;随着偏振角的变化,偏振部分相干激光波束的扩展和漂移关于45°呈现对称变化,当波束初始束腰小于或等于0.5mm时,大气湍流对波束扩展和漂移的影响明显.

部分相干电磁光束在湍流介质中传输的偏振变化

从推广的惠更斯-菲涅尔原理出发,推导出了部分相干电磁光束的偏振态在湍流介质中传输的表达式。并以电磁高斯-谢尔模型(EGSM)光束为例,研究了湍流对电磁高斯-谢尔模型光束偏振态的影响。研究结果表明,对于轴上点,湍流介质的折射率结构常数越大,偏振度趋于最大值的速度越快,达到的最大值越小;光斑越大,偏振度达到最大值的位置离光源越远,在光斑增大的过程中,偏振度所达到的极大值会先增大后减小,最后保持与光源相同的偏振度不变。对于轴外点,一个固定的z,光的偏振度随着离轴距离的增大而逐渐下降,并最终等于零。折射率结构常数越大,偏振度随离轴距离的增大而下降得越缓慢;光斑越大,偏振度随离轴距离的增大下降得越快。

部分相干电磁光束的光谱交叉偏振度

基于光谱交叉偏振度新理论,研究了部分相干光束在传输过程中光谱交叉偏振度的变化情况.采用相干偏振统一理论和广义惠更斯-菲涅耳原理,推导部分相干电磁高斯-谢尔模型光束在自由空间传输时任意空间两点的交叉谱密度矩阵的解析式.研究表明,光谱交叉偏振度的值不再仅仅局限在0～1之间,而是可为任意的非负值.传输场中的光谱交叉偏振度与光源相关参量,初始偏振度和传输距离紧密相关.当光束经过足够长的传输距离后,轴上光谱交叉偏振度不再发生变化,而是趋向一个稳定值.保持光谱交叉偏振度不变的条件与一般偏振度相同.

偏振部分相干激光在大气传输中的退偏特性

基于广义Huygens-Fresnel原理,利用Collins公式,讨论了偏振部分相干激光波束在湍流大气中传输的交叉谱密度函数,推导出经过偏振后的高斯-谢尔模型光束(GSM)在外场不同距离水平传输时波束偏振度的解析表达式。对偏振激光在大气湍流中传输时光束的退偏变化进行数值仿真,得到相同传输距离下,不同的偏振角和初始束腰宽度对光束偏振度的影响;同时分析了不同波长激光的退偏现象以及相同的偏振角度下,不同的初始束腰宽度对波束偏振度的影响。研究结果表明,不同的偏振角对波束的退偏不产生影响;波长越大,波束在大气湍流中传输出现退偏的现象越迟缓;初始束腰越大,大气湍流对波束的退偏影响越快。由此得出:偏振部分相干激光波束比部分相干激光波束在大气湍流中传输的退偏变化更具有规律性和稳定性,退偏现象表现得更加持久,并且初始束腰宽度的变化对偏振部分相干激光偏振度产生影响,但对部分相干波束偏振度的变化几乎不产生任何影响。

部分相干部分偏振矢量双曲余弦-高斯光束通过双焦透镜的传输特性

基于电磁束相干和偏振性的统一理论,推导出部分相干部分偏振矢量双曲余弦-高斯光束通过双焦透镜后交叉谱密度的解析式。部分相干部分偏振矢量高斯谢尔模型光束通过双焦透镜的传输和部分相干部分偏振矢量双曲余弦-高斯光束通过常规透镜的传输是2个特例。研究表明:聚焦矢量双曲余弦-高斯光束的光强、偏振度、光谱相干度和焦移与离心参数、相关长度、束腰宽度和透镜焦距等参数有关。

部分相干部分偏振电磁束通过光阑透镜的传输

基于广义斯托克斯参量,推导出了部分相干部分偏振高斯谢尔模型(GSM)电磁束通过光阑透镜后交叉谱密度矩阵、光强、偏振度、偏振椭圆的方位角及椭偏角的解析表达式,并用以研究菲涅耳数、自相关和互相关长度以及束腰宽度对焦移和偏振特性的影响。对主要数值计算结果做了物理解释。

湍流中漫射目标偏振部分相干激光的闪烁特性

采用广义惠更斯-菲涅耳原理和矩阵光学理论,研究了湍流大气中偏振部分相干激光波束从发射机到目标和从目标到接收机双程路径的闪烁特性。将产生任意偏振光束的琼斯矩阵和ABCD传输矩阵进行结合,围绕接收机处波场四阶矩展开推导,得出双程路径下偏振部分相干激光波束在接收机处的闪烁指数表达式,数值分析了大气折射率结构常数、激光波束的波长、束宽、相干长度对接收机处光强闪烁指数的影响。结果表明:偏振部分相干激光波束的闪烁指数随着目标与发射机之间距离呈现先增大、到达峰值后逐渐减小的变化趋势;相干性差的光束产生的闪烁指数小,相干长度微小的变化将会产生较大的闪烁指数变化,相干性好的光束产生较大的闪烁指数,但是相干长度的变化对闪烁指数的影响很小。

部分相干径向偏振涡旋光焦场轨道角动量特性

将部分相干径向偏振涡旋光束的轨道角动量应用于焦场目标探测,根据部分相干及Richards-Wolf矢量衍射积分理论,推导了光束焦场目标平面处的光场分布,讨论了焦平面处的轨道角动量密度分布特性,分析了入射光束的相干长度和聚焦透镜的数值孔径对纵向分量轨道角动量密度分布和轨道角动量的影响。结果表明,随着相干长度的增大,轨道角动量和轨道角动量密度迅速变大,当增大至0.5 cm后,轨道角动量和轨道角动量密度的变化趋于平缓,此后,相干长度的变化不再影响轨道角动量和轨道角动量密度分布。随着数值孔径的增大,轨道角动量和轨道角动量密度始终表现出增长的变化趋势,并且,变化程度在数值孔径大于0.7后越来越大。

部分相干径向偏振扭曲光束在非均匀大气湍流中的传输特性

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。

部分偏振光通过透镜时的偏振像差分析

本文定量推导了轴上物点发出的部分偏振光通过透镜时其偏振度、偏振分量方位角和椭率角与透镜参数和入射光参量间的关系。对已知参数的透镜进行了定量计算，表明处于一定偏振状态的部分偏振光经透镜后其偏振度、偏振分量方位角和椭率角在出射光束截面上呈一定分布，产生偏振像差。给出了部分偏振光基本参量变化的数量级。指出在高精度光学测量中为避免透镜偏振像差影响，应尽可能减小光束半径和发散角。

椭圆偏振光与部分偏振光的实验验证

文献[1-2]指出，椭圆偏振光经偏振片后透射光强的平方根√I对于空间方向角的分布曲√I-θ不是椭圆，只有经适当的数据处理才能给出光振动矢量的空间椭圆轨迹．作为椭圆偏振光的验证性实验，已达到了我们的实验目的．然而，部分偏振光与椭圆偏振光在一定条件下经偏振片后的透射光强可以具有完全相同的空间分布．也就是说，我们不能仅用一个偏振片来鉴别部分偏振光与椭圆偏振光．本文在分析了椭圆偏振光与部分偏振光经偏振片后透射光强的基础上，进一步研究了椭圆偏振光与部分偏振光经1/4波片和偏振片后的透射光强，加深了对椭圆偏振光与部分偏振光偏振特性的理解，指出对偏振光的理解中存在的一些模糊认识，这有利于教学内容的深化．

C波段双偏振天气雷达降雨和部分地形遮挡衰减订正研究

天气雷达可为中尺度对流系统研究提供高时空分辨率资料,但降雨衰减和地形遮挡等因子会对雷达信号产生严重影响。针对广东省韶关市新丰县C波段双偏振天气雷达,选取了2018年6月8日台风“艾云尼”、8月30日华南季风降水和9月16日台风“山竹”三次降雨过程,采用基于差分相位(Φ_(DP))数据的扩展自适应降雨廓线算法对雷达反射率因子(ZH)数据进行了降雨衰减和部分地形遮挡衰减订正研究,并将订正结果与广州S波段双偏振天气雷达探测结果进行了直接对比检验,与中国气象局龙门云物理野外科学试验基地的4台二维视频雨滴谱仪(2DVideoDistrometer,2DVD)实测雨滴谱数据反演的雷达仿真探测量及国内外Z_(H)-K_(DP)经验统计公式进行了间接对比检验,获得较好结果。最后选择具体降雨个例,订正结果清晰展现了台风螺旋雨带中对流单体雷达回波强度从地面到高空的垂直结构特征,提高了复杂地形区域雷达对极端天气的近地面探测能力。

部分偏振光的表示方法

随着光纤通信和光纤传感的快速发展,人们对光的偏振态提出了越来越高的要求。光是一种横波,其偏振态大致分为:完全偏振光、部分偏振光和自然光。文中介绍了完全偏振光的几种表示方法,给出了几种部分偏振光的描述方法。并阐述了它们之间的差异与联系。

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。

部分相干电磁光束的焦移

基于有效菲涅耳数的概念,给出一种简单的表达式来评估部分相干电磁光束经圆形光阑透镜后所产生的相对焦移,对部分相干电磁光束经透镜聚焦的情况进行了研究。结果表明:当交叉谱密度函数的非对角元素为零时,有效菲涅耳数不仅依赖于真实的菲涅耳数大小,而且依赖于光束的偏振分布和入射部分相干电磁光束两个偏振分量的空间相干长度;相对焦移量仅由等效菲涅耳数决定。将此方法与数值积分法进行的比较表明,等效菲涅耳数可以简单、准确地评估焦移。

部分相干光经多个圆孔衍射后的偏振度变化

基于随机电磁光束的相干偏振统一理论和部分相干光的传输定律,研究了部分相干光源所发出的光经过多个圆孔衍射后的偏振度变化情况。以高斯-谢尔(Gauss-Schell)模型光束为例,研究了多个圆孔衍射后的轴上偏振度变化。发现随着圆孔数量的增加,偏振度将出现相应的变化,并且经过足够长的传输距离之后,偏振度将趋于一个定值。以三个圆孔为例,重点研究了圆孔大小、圆孔间距、源平面处的相干长度以及源平面的偏振度取值等参量对轴上观察点的偏振度影响。

随机介质中部分相干光的偏振特性

从推广的Huygens Fresnel原理出发,对在随机介质中传输的部分相干光偏振态的演化作了研究。以偏振高斯 谢尔模(PGSM)光束为例,进行了理论计算。结果表明:由于随机扰动的影响,偏振度呈现出振荡变化,并且光源的空间相干性对振荡剧烈程度有着很大的影响。

部分偏振部分相干光光栅衍射场的偏振特性和角相关研究

为了研究部分偏振部分相干光光栅衍射场的衍射特性,利用部分偏振部分相干光的光束相干-偏振(BCP)矩阵,推导出了部分偏振部分相干光通过任意偏振光栅后,衍射场的偏振度及场中衍射级次角相关的一般解析表达式。以部分偏振的高斯-谢尔模型光束(PGSM)为例,数值分析了偏振光栅TE和TM波的复振幅透过率、入射光束的光学参量对衍射场偏振度和场中各衍射级次的角相关的影响。计算结果表明,部分相干光透过偏振光栅后的其衍射光场是一非均匀、周期变化的部分偏振相干光场;场中对称级次的角相干值对应相等,且随衍射级次序数的增大而缓慢递减至零。

界面反射光的偏振态分析

首先利用菲涅尔反射公式,给出界面反射光s分量和p分量的光强反射率公式。然后分析并推导出自然光和部分偏振光分别入射介质界面时,反射形成的部分偏振光偏振度的一般表达式。对反射光偏振度的模拟分析表明,当自然光入射时,随入射角增加反射光的偏振度先增大后减小。当部分偏振光入射时,若I_(s)>I_(p),随入射角增加反射光的偏振度也是先增加后减小;若I_(s)<I_(p),则随入射角增加,反射光的偏振度呈现两次减小、两次增加。在正入射和掠入射的情况下,反射光的偏振度均与入射光的相同;在布儒斯特角入射的情况下,反射光的偏振度均为1,即线偏振光。最后,对线偏振光入射的情形进行了理论分析和模拟。结果表明,从光疏入射光密介质时,反射线偏振光的振动方位角随入射角增加单调增加。从光密入射光疏介质时,若入射角小于全反射临界角,反射线偏振光的振动方位角也随入射角增加而增加;若入射角大于全反射临界角,则随入射角增加,反射形成的椭圆偏振光的椭圆率先增大后减小。反射光偏振态的这些变化规律,对改造光的偏振态以及反射光偏振态信息的应用具有实际意义。