涡旋电磁波在非相干散射雷达上的应用前景

电离层是地球大气层的一个重要组成部分,由电离而成的等离子体组成,对超视距通信、卫星通信、航天器有着重要的影响。非相干散射雷达是获取电离层等离子体参数的最先进设备。目前,非相干散射雷达使用传统平面波进行探测,而涡旋电磁波作为新型的电磁波束,其在非相干散射上的应用价值有待发掘。选取典型的矢量贝塞尔涡旋波束,以相关理论为依据,探索了其在电离层非相干探测上的前景,指出用其探测等离子体运动以及电离层不规则体的可能性。

分数阶高阶贝塞尔涡旋光束的矢量波分析法研究

利用矢量波分析法对分数阶高阶贝塞尔涡旋光束(FBV)的电矢量特性进行了研究。在紧聚焦和非紧聚焦条件下,研究了拓扑荷(TCs)增量为0.1阶、拓扑荷从2.1增到3的过程中,Ex、Ey、Ez三个电场分量强度图的变化情况。进而对比分析了TCs值为整数阶和半整数阶FBV光束在由紧聚焦向非紧聚焦过渡过程中Ex分量强度的变化情况。数值模拟结果表明,紧聚焦和非紧聚焦情况下,三个分量的电场强度分布差异较大,其亮环圆对称性均遭到破坏;非紧聚焦情况下,Ex分量的圆对称性增强,而Ey、Ez分量与紧聚焦条件下的光强分布基本相同;在由紧聚焦向非紧聚焦过渡过程中,Ex分量整数阶TCs光束亮环圆对称性逐渐增强,而半整数阶TCs光束亮环结构基本不变,仅存在缩放关系。

初级球差对椭圆偏振涡旋光束深聚焦场的影响

研究了椭圆偏振涡旋光束经过具有初级球差的高数值孔径透镜的聚焦特性。基于德拜矢量积分理论,获得了椭圆偏振涡旋贝塞尔-高斯光束经过具有初级球差的高数值孔径透镜后的复振幅的分布函数,根据数值模拟的结果,分析了不同的初级球差系数对右旋椭圆偏振光束和左旋椭圆偏振光束聚焦场光强分布和相位分布的影响。结果表明,随着初级球差系数的增加,椭圆偏振涡旋光束的强度会变小,空心的尺寸会变大;右旋椭圆偏振光纵向分量的相位分布呈现螺旋结构,而且右旋椭圆偏振光和左旋椭圆偏振光的位错线半径会逐渐增大;会聚点逐渐偏离焦平面,纵向光场发生改变。

矢量贝塞尔涡旋波束在均匀单轴各向异性介质中的传输

基于电磁场的矢量波函数展开方法和不同坐标系中矢量波函数转化关系,得到了圆对称矢量贝塞尔涡旋波束的圆柱矢量波函数展开系数;结合电磁场边界条件,获得了圆对称矢量贝塞尔涡旋波束以任意方向照射均匀单轴各向异性介质层的反射场、透射场和内部场的展开系数;数值计算了沿波束传播方向横截面上的入射、反射和透射电场强度分布以及xOz平面内传播路径方向的总电场强度分布。结果表明,圆对称贝塞尔涡旋波束入射单轴各向异性介质的反射场基本保持同心圆环结构,但强度分布不再呈圆对称;透射场出现两束交错折射光,总电场强度轮廓显著扭曲。