部分相干贝塞尔高斯光束在非柯尔莫哥诺夫湍流中的传输特性

根据广义惠更斯一菲涅耳原理，推导出了部分相干贝塞尔高斯光束在非柯尔莫哥诺夫湍流中传输时平均光强和偏振度的解析表达式，研究了部分相干贝塞尔一高斯光束在非柯尔莫哥诺夫湍流模型下的光强分布特征和偏振度变化规律，同时分析了指数项、折射率结构常量、湍流内外尺度以及拓扑荷、光源相干性等对光束传输性质的影响．数值计算表明，随着传输距离的增加，部分相干贝塞尔高斯光束的光强会从空心分布逐渐演变为高斯分布，同时光束会有一定程度的展宽．而且，当指数项值越接近于3．1，折射率结构常量越大，外尺度越大或者内尺度越小时，光强分布的演变越为迅速，展宽现象也越明显；当拓扑荷越小或者相干长度越小时，光强分布的演变越迅速，但是二者对展宽现象的影响并不明显．另外，偏振度在近距离处会经历一段振荡及升降变化过程，当距离足够远时会趋于一个稳定值，且该值等于光源平面上的初始偏振度．偏振度变化的快慢程度受指数项、折射率结构常量、湍流内外尺度、拓扑荷和相干长度等因素的影响．

部分相干修正贝塞尔高斯光束通过球差透镜的聚焦特性

由部分相干光的传输理论出发,对部分相干修正贝塞尔高斯光束通过球差透镜聚焦后轴上光强分布进行了研究.数值计算表明:当光谱相干度较小时,正、负球差对应的最佳聚焦点位于无球差时对应的最佳聚焦点的两侧;当光谱相干度较大时,正、负球差对应的最佳聚焦点将位于无球差时对应的最佳聚焦点的左侧.研究进一步表明,最佳聚焦点随着透镜菲涅耳数的增大向几何焦点方向靠近,并趋于一个定值.当光束菲涅耳数为1时,无球差时对应的最佳聚焦点逐渐趋于0.908,该值与光谱相干度无关,当透镜具有球差时,该值与光谱相干度有关.

非傍轴部分相干修正贝塞尔-高斯光束的传输

利用广义瑞利衍射积分公式和部分相干光理论,推导了任意阶非傍轴部分相干修正贝塞尔-高斯光束在自由空间传输的解析表达式。作为特例,给出了非傍轴部分相干修正贝塞尔-高斯光束的远场公式和傍轴部分相干修正贝塞尔-高斯光束的传输方程。数值计算和分析表明,f参数对光束的非傍轴特性有重要影响,此外,相干度也影响部分相干修正贝塞尔-高斯光束的非傍轴行为。

部分相干修正贝塞尔-高斯光束通过光阑的传输

为了对部分相干修正贝塞尔-高斯光束通过有硬边光阑近轴ABCD光学系统的传输进行研究,采用将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,得到了近似的解析传输公式。以部分相干修正贝塞尔-高斯光束在有光阑情况下自由空间的传输为例作了数值计算,对所得解析公式的计算误差和适用范围进行了讨论。结果表明,用该方法可快速、解析地研究部分相干修正贝塞尔-高斯光束通过圆孔光阑自由空间的传输特性,分析菲涅耳数、截断参数对其光束经光阑后光强分布的影响。

径向偏振部分相干螺旋贝塞尔光束的模拟研究（英文）

基于交叉谱密度函数以及相干偏振统一理论,导出径向偏振部分相干螺旋贝塞尔光束的光场表达式,研究了该光束的传输特性.通过理论分析和数值计算可知,径向偏振部分相干螺旋贝塞尔光束在自由空间传输时,光束以固定的螺旋半径进行螺旋传输.且在传输过程中,光束逐渐由螺旋空心光束演变为螺旋高斯光束,这一过程所需的传输距离与相干长度有关.该光束的偏振角和偏振度都会受到螺旋半径和传输距离的影响,同时,相干长度的变化也会影响偏振度的分布.而相干长度,传输距离和螺旋半径的改变并不会影响光束的偏振椭圆率的分布.

大气湍流对部分相干平顶高斯光束的影响

采用相屏近似处理方法对激光通过湍流大气的传输进行了数值模拟。从数值模拟的结果拟合出两个公式:一是通过湍流前后部分相干平顶高斯光束的束宽平方比随阶数、传输距离和湍流强度的变化关系式;一是通过湍流后的相干长度随初始光束相干长度、湍流相干长度的变化关系式。研究发现:部分相干平顶高斯光束分解为相互独立的厄米 高斯光束的叠加;相干性越差的光束受到湍流的影响程度就越小;湍流对光束传输的影响与光束自身相干特性对其传输的影响之间是不相关的。

部分相干高斯光束的M^2因子及模系数

分析了以模式间相互独立的厄米 -高斯光束为基底的部分相干高斯光束。导出了部分相干高斯光束的模系数、权重因子和 M2因子的表达式 ,并讨论了各模式权重因子与 M2因子之间的关系。研究表明 ,只需要由实验测得光强分布便可确定部分相干高斯光束的模系数、M2因子和模结构。

部分相干双曲正弦高斯光束的M^2因子与湍流距离

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和维格纳分布函数方法,推导出了部分相干双曲正弦高斯(ShG)光束在湍流大气中M2因子的解析表达式。在此基础上研究了部分相干ShG光束的湍流距离,即湍流引起的光束扩展可忽略的范围。采用Von Karman谱分别对M2因子和湍流距离进行了数值计算,并分析了内外尺度的影响。研究表明:M2因子随束腰宽度和离心参数的增加存在极小值;湍流距离随束腰宽度的增加存在极大值,随离心参数的增加而增加,大气湍流对离心参数较大的光束影响较小。另外,M2因子和湍流距离与折射率结构参数、内尺度、外尺度、波长和相干参数等密切相关。

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。

部分相干厄米-高斯光束在湍流大气中的M^2因子

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和Winger分布函数二阶矩的定义,推导出部分相干厄米-高斯(PCHG)光束在湍流中的M2因子的解析表达式,并进行了数值计算和分析.研究结果表明:湍流中PCHG光束的M2因子由光束的阶数、相干长度、束腰宽度、波长以及湍流的折射率起伏结构常数和传输距离来决定;随着光束阶数、大气湍流的折射率起伏结构常数以及传输距离的增大,以及光束相干长度的减小,PCHG光束在湍流大气中的M2因子明显增大;对于给定的传输距离,存在最佳初始束宽使大气湍流中PCHG光束的M2因子最小;完全相干厄米-高斯光束和高斯-谢尔模型(GSM)光束在大气湍流中的M2因子变化规律可以作为本文研究的特例.

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。

部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流大气传输空间相干性的变化

基于广义惠更斯—菲涅尔原理,推导出了部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流大气传输其光谱相干度的解析表达式,并研究了光束的空间相干特性.研究表明,部分相干双曲余弦高斯光束通过自由空间传输其光谱相干度会出现振荡和相位奇异现象,且震荡随光束离心参数δ增大而增强.但是,随着湍流的增强,不同δ的光谱相干度曲线相接近,并呈类高斯分布;此外,在湍流中随着传输距离z的增加光束的空间相干性变差.

部分相干双曲余弦高斯光束在湍流大气中传输的光谱变化

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,推导出了部分相干双曲余弦高斯(ChG)光束在湍流大气中的光谱传输方程,研究了湍流对其光谱特性的影响,得出了一些有意义的结论,并给予了合理的物理解释.研究表明,部分相干ChG光束通过湍流大气传输其光谱特性由源光谱、光束相干参数、光束离心参数、大气折射率结构常数和观察点位置等因素共同决定.湍流使轴上点光谱移动量减小.当湍流增强到一定程度时离轴点还存在光谱跃变现象,发生跃变的临界位置和光谱跃变量随湍流的增强而增大.此外,光谱跃变的临界位置随着离心参数的增大而远离传输轴,光谱跃变量随着光束相干参数的增大而增大.

部分相干双曲正弦-高斯光束的传输和聚焦特性

为了研究部分相干双曲正弦-高斯(SHG)光束通过像散透镜的传输和聚焦特性,利用部分相干光的传输公式,推导了光束通过像散透镜后光强分布解析的表达式,并据此得到了光束束腰宽度、远场发散角和M2因子的解析表达式,并对光束强度分布和束腰宽度进行了数值计算和分析。结果表明:部分相干Sh G光束聚焦的光强分布与像散系数C6,空间相干参数β,离心参数a,菲涅耳数Nw和位置(x,y,z)有关。像散导致x和y方向束宽不同。但M2因子与像散无关,并随相干性的增加和离心参数的减小而减小。适当改变像散和空间相干性,在几何焦面和其它位置可实现部分相干Sh G光束的空间整形。

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。

部分相干平顶高斯光束通过球差透镜的聚焦特性

基于部分相干光的传输理论,研究了部分相干平顶高斯光束通过球差透镜聚焦后轴上点的光强分布。数值计算表明:轴上最佳聚焦点随着球差从负到正的变化而向几何焦点方向移动;光束阶数越大,实现最佳聚焦点越过几何焦点所需的正球差值越小;正负球差对应的最佳聚焦点始终分居于无球差时最佳聚焦点的两侧;轴上最佳聚焦点的光强随着球差从负到正的变化而变小;当正负球差绝对值较大时,光强随球差的变化较为缓慢,而在球差值为0附近,光强随球差的变化比较剧烈。

部分相干平顶高斯光束通过透镜的聚焦特性

利用惠更斯-菲涅尔衍射积分公式导出了部分相干平顶高斯光束(PCFGB)经过ABCD光学系统的传输公式。进一步导出了PCFGB经透镜聚焦后的任意z处、焦面处、聚焦场轴上的光强分布公式和等效束宽传输公式,并进行数值计算及分析。研究结果表明,PCFGB经透镜聚焦后的传输过程中,光强分布的平顶部分不会消退,并随着阶数N增加和菲涅耳数N_w减小,等效束宽增大,平顶化程度越好;任意z截平面处的光强和焦移量与阶数N无关,但随N_w的增加,其光强成倍增大、焦移量却减小。

非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束传输特性

为了研究非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束传输特性,运用Wigner分布函数法,从空间域和频率域对非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束传输特性进行了理论分析,得出了该光束1阶情况下在空间、频率域系统的解析传输公式及光强分布表达式,分析了这些表达式中3个主要参量f,fσ和g对厄米-余弦-高斯光束在自由空间传输的影响。结果表明,在调制参量g不变时,束腰参量f和相干参量fσ对非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束的非傍轴性起了至关重要的作用;非傍轴部分相干厄米-余弦-高斯光束在传输过程中随着g的改变,不能保持其光强分布形状,有前移趋势。

部分相干厄米–高斯光束通过非Kolmogorov大气湍流传输的束宽扩展和方向性

基于广义惠更斯–菲涅耳原理和非Kolmogorov谱,推导出了部分相干厄米–高斯(H-G)光束通过非Kolmogorov大气湍流传输中束宽扩展的解析表达式,并用以研究了部分相干H-G光束通过大气湍流的束宽扩展和方向性。引入相对束宽来定量的描述光束抗拒大气湍流的能力。结果表明,空间相干长度σ0越小,光束阶束m,n越大,部分相干H-G光束的束宽扩展受大气湍流影响越小;而束腰宽度ω0受大气湍流影响与传输距离z有关,当传输距离足够远时,束腰宽度ω0越小,部分相干H-G光束的束宽扩展受大气湍流影响越小。部分相干H-G光束相对束宽随Kolmogorov大气湍流广义指数参量α增加先增加后减小。另外,存在等价部分相干H-G光束、等价完全相干H-G光束、等价高斯–谢尔模型(GSM)光束与相应的完全相干高斯光束在非Kolmogorov大气湍流和自由空间中分别具有相同的方向性,并对所得结果做了物理解释。

部分相干双曲余弦高斯光束在湍流中的等效曲率半径

给出了部分相干双曲余弦高斯(Ch G)光束在非-Kolmogorov湍流中的等效曲率半径Rx(z)的解析式,并研究了湍流参数(广义指数α、折射率结构常数C2n)和光束离心参数δ对等效曲率半径的影响.研究表明,Rx(z)随湍流的增强而逐渐减小;随湍流广义指数α的增大而先减小后增大,且在α=3.11时存在Rx(z)的极小值.另外,Rx(z)随离心参数δ的增加而增加,但湍流使得其变化更加缓慢;湍流对Rx(z)的影响随δ的增大而增大.