光源相干度对Bessel光最大无衍射距离的影响

理论分析和实验研究了光源相干度对其产生的Bessel光最大无衍射距离的影响.以He-Ne激光器为光源,用旋转毛玻璃法产生部分相干光,经过扩束后再用轴棱锥法产生Bessel光束.通过移动旋转毛玻璃改变部分相干光的相干度,测量其产生的Bessel光束的最大无衍射距离,得到光源相干度与产生Bessel光束最大无衍射距离的关系.结果表明,随着光源相干度的降低,Bessel光束最大无衍射距离明显变短,当相干度g≈1下降为g=0.8时,最大无衍射距离缩短了一半.用高斯-谢尔模型进行分析和模拟,理论模拟结果与实验观察结果基本吻合.

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．

部分空间非相干暗光伏孤子诱导一维波导研究

在光折变晶体LiNbO3:Fe中观察到部分空间非相干光形成的一维暗光伏孤子,并由此暗光伏孤子在该晶体中诱导出一维波导.暗光伏孤子是由光折变晶体的强光伏效应产生,是晶体自散焦效应和衍射效应相平衡的结果;此外,光伏孤子的形成还依赖于光束的传播方向和晶体光轴与强度梯度的相对方向.在一维情况下,非相干光孤子诱导出单一的平面波导,能够对弱光敏的强光进行导光.实验证明了用低能量非相干光束控制转换高能量相干光束的可能性.

Gamma-Gamma大气湍流中部分相干光通信系统性能研究

部分相干光在湍流大气中传输时,可以有效抑制湍流所引起的光强闪烁效应,从而改善通信链路性能。针对Gamma-Gamma大气湍流信道模型和部分相干光的光束特性,得到了采用OOK调制方式下部分相干光通信系统的平均误码率、中断概率和平均信道容量三个性能指标的解析表达式;在此基础上,分析了光束的空间相干长度和通信距离对通信链路的性能影响。计算结果表明,在相同的大气湍流条件和传输距离下,随着部分相干光的空间相干长度的减小,系统的误码率和中断概率逐步降低,在平均信噪比为30 dB时,系统的误码率可以达到10^(-5),中断概率低于10^(-6);另外,系统的平均信道容量会随着光束相干长度的减小而增加,在信噪比等于12 dB时,平均信道容量达到3.8 b/s·Hz^(-1)。分析结果为部分相干光在湍流大气中实现可靠通信提供了理论依据。

部分相干光在湍流大气中传输的研究进展

简要回顾了部分相干光在湍流大气中传输的主要研究方法,包括广义惠更斯-菲涅尔原理、交叉谱密度函数、相干模态分解、光束有效参数和ABCD矩阵等理论解析法,以及随机相屏近似、相干模态重构和随机光脉冲等数值模拟方法;介绍了几种典型的部分相干光的定义及其真空传输衍射性质,从光束扩展、光强起伏和到达角起伏三方面介绍了部分相干光在湍流大气中传输特性的研究状况和主要研究成果;提出了应进一步深入研究的问题。

部分相干光在大气湍流中传输的闪烁指数

实验测量了不同空间相干度的部分相干光在实际大气湍流中传输的闪烁指数。结果表明:随着入射光空间相干度的降低,闪烁随光传输距离增长而增加的趋势变得缓慢,甚至出现减小的情况。此外,与完全相干光的闪烁指数随着径向距离的增加而增加不同,部分相干光的闪烁指数沿着光斑径向距离的增加不一定增加,而有可能出现降低。相干度越低,该效应越明显。

部分相干Airy光束在大气湍流中的光强演化

为了利用Airy光束的无衍射、自恢复和自弯曲特性抑制大气湍流效应,实现远距离无线光通信,对部分相Airy光束在大气湍流中传输时的光强演化进行了研究.利用高斯-谢尔模型的交叉谱密度函数、广义惠更斯-菲涅尔原理以及Rytov相位近似法,推导了部分相干Airy在湍流大气中平均光强的表达式.分别从传播距离、湍流强度等方面对光强分布的影响进行了模拟仿真,并对光束自身参数对光强分布的影响进行了相关实验验证.结果表明:随着传播距离的增加,部分相干Airy光束的旁瓣逐渐衰减,主瓣逐渐扩散;在传播足够远时,其旁瓣逐渐消失,主瓣逐渐演化为高斯分布.仿真和实验结果一致表明光束的截断因子越小、特征长度和相干长度越长,光束的光强分布保持越完整.

采用图形处理器加速的部分相干光实时生成方法

介绍了采用液晶空间光调制器产生部分相干光的基本理论和方法;用分离变量的方式对算法进行了并行优化,对部分相干光生成线程进行了并行序列优化并测试了生成速度;设计了双孔干涉实验检测本方法所产生的部分相干光相干长度的准确性.实验结果表明:针对256×256像素的液晶空间光调制器,生成相干长度为0.15mm、0.9mm以及1.5mm的相位屏,图形处理器所用时间分别为0.9ms、1.75ms以及2.4ms,相比于采用中央处理器所用的计算时间16.5ms、37.8ms以及52.4ms,效率提升明显;考虑中央处理器读取、发送数据及液晶响应的时间,采用图形处理器并行加速的部分相干光实时生成方法的频率可达312Hz.实验生成相干长度为0.15mm和1.5mm的部分相干光束,光束相干度均方根误差分别为0.022 011和0.020 883,峰谷值分别为0.0743 25和0.072 998.

双缝部分相干干涉光强分布观测与分析

利用高灵敏光电传感器和旋转运动传感器的组合 ,真实记录了不同缝距双缝干涉条纹光强分布规律 。

部分相干艾里光在大气湍流中的光束扩展与漂移

基于Andrews和Philips的经典漂移方差模型,结合部分相干艾里光的交叉谱密度函数和Tatarskii功率谱,推导出部分相干艾里光在大气中传输时的光束扩展和漂移解析式,对比分析了不同的衰减因子、湍流强度和相干度等参数对部分相干艾里光的光束扩展和漂移的影响,并与高斯光束所得结果进行了比较.研究表明:衰减因子、湍流强度和相干度等对光束漂移影响较大,当它们的取值增大时,漂移越严重;内尺度对光束漂移几乎没有影响;在相同的条件下,艾里光束的光束漂移要比高斯光束小两个数量级,且其本身具有自恢复特性和较强的抑制湍流特性.

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。

部分相干光通过强湍流对光强闪烁的影响

在Rytov方差的基础上,利用Andrews的唯像闪烁模型,推导出部分相干光通过强大气湍流后的对数光强起伏方差,并在此基础上进行了仿真。结果表明:当光源的相干性变差,即变为部分相干光后,对数光强起伏方差变小;当采用多束部分相干光通过大气湍流时,接收面上光强起伏方差得到明显改善,而且光束越多,改善越明显。但利用部分相干光通信时,传输距离受限制,所以,光源的相干参数选择要适当。

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。

部分相干平顶光束空间相干度的传输方程及特性

根据惠更斯-菲涅耳原理,导出了部分相干平顶光束在自由空间中光束空间相干度的传输方程,并通过数值计算研究了光束空间相干度的传输特性.研究表明,部分相干平顶光束空间相干度会出现振荡和相位奇异现象;随光束相关长度和光束阶数的减小,光束空间相干度的振荡减弱,相位奇异点减少;随光束传输距离的增大,光束空间相干度的振荡增强,相位奇异点增多,且宽度增大,即光束的空间相干性变好;光束空间相干度宽度与光强宽度的关系与光束阶数和光束传输距离无关,仅与光束相关长度有关.

湍流大气中空间部分相干奇异光波的传输

自由空间中带有光学涡的部分相干光的传输特性是影响大气光通信系统性能的关键因子之一.基于弱湍流大气中光波传输的 Rytov 方法和部分相干光的互相干函数的交叉谱密度函数近似,研究了带有"光学涡"的空间部分相干拉盖尔-高斯光束在湍流大气中的传输特性,得出了弱湍流大气中传输的部分相干光束互相干函数和平均光强空间分布的解析关系.研究结果表明,弱湍流大气起伏仅仅影响这类光束相干函数的幅值,不改变光束光学涡的分布特征.

部分相干厄米-高斯光束杨氏实验中的光强分布

将杨氏干涉实验作为双缝衍射现象处理,以部分相干厄米-高斯(H-G)光束为例,研究分析了多模部分相干光的杨氏双缝干涉光强和干涉条纹可见度的空间分布。数值计算说明,多模部分相干光束的空间相干参数、模阶数和缝遮拦比对衍射场中光强的空间分布(干涉花样)都有影响。当多模部分相干光的阶数为奇数时,轴上光强与光束的相干性会出现相消干涉;当多模部分相干光的阶数为偶数时,轴上光强与光束的相干性会出现相长干涉等。

部分相干平顶光束通过ABCD光学系统的传输特性

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)通过ABCD光学系统的传输公式。进一步导出了PCFGB在自由空间中传输的光强分布公式和等效束宽传输公式,且进行了数值计算及分析,并和FMGB的传输特性作了比较。研究结果表明,PCFGB在自由空间中传输时,随着传输距离的增大,其光强分布的平顶部分不会消退,但是它的束宽快速增大而光强快速减小,这与FMGB的传输特性有很大不同。

部分相干光与相干光在湍流中的传输特性实验研究

相干光经湍流传输引起光强闪烁效应,理论研究表明利用部分相干光可降低该影响,而相关的实验验证鲜有报道。利用水介质的对流湍流池模拟产生了Rytov方差为0.04~0.16的湍流,进行了弱起伏区湍流中部分相干光及相干光的传输实验,由接收光强计算出其光强闪烁指数随湍流Rytov方差的变化关系。实验结果表明：随着湍流强度的增加,部分相干光与相干光的闪烁效应均增强,但部分相干光的闪烁指数小于相干光。将实验数据与Andrews等人建立的闪烁指数理论模型进行比较,得出了较为一致的结论。

部分相干无衍射光束经环形孔径的传输特性

理论上利用高斯谢尔模型和交叉谱密度的传播公式得到部分相干Bessel光束经过环形孔径的光强表达式.通过Mathcad软件数值模拟光强表达式,得到在不同传播距离的截面光斑图,结果表明部分相干Bessel光束在经过环形孔径后会产生空心光束.实验中以绿光LED为光源,经轴棱锥聚焦得到部分相干Bessel光束,在其无衍射距离内放置环形孔径.使用体视显微镜照相系统拍摄部分相干Bessel光束经过环形孔径的衍射光斑图,得到的结果与模拟结果吻合.

部分相干激光对无线光通信系统误码率的影响

建立了部分相干激光大气通信系统的模型,使用修正Rytov方法计算了在不同湍流条件和不同接收孔径下,激光初始相干度对系统误码率的影响,证明了部分相干性对通信质量具有改善作用。