部分相干调制方形平顶脉冲电磁光束在自由空间的传输特性

基于广义惠更斯菲涅耳衍射积分和相干偏振统一理论,研究了有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间的传输特性,推导出了有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的交叉谱密度矩阵解析式,通过数值计算分析了有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的光谱强度分布。研究结果表明振幅和相位调制半径、调制深度都会对部分相干方形平顶脉冲电磁光束的光谱强度分布产生影响,有振幅和相位调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的光谱强度分布与相干长度、脉冲时间相干长度和传输距离有关。     

光谱调制对放大器脉冲时域特性的影响

在北京大学200TW激光系统上,测量了经可编程声光色散滤波器不同程度光谱调制后放大器输出脉冲的频域分布,并设计了一个与脉冲中心波长、光谱宽度等参数相关的光谱调制函数拟合了实验测得的光谱数据。该函数形式简单,适用于不同的激光系统。对实验系统中种子脉冲经光谱调制后从放大器输出的光谱结果进行了数值模拟,对比研究了普通种子脉冲和光谱调制脉冲经放大器增益后时域空间内的物理性质;讨论了光谱调制对系统最终输出脉冲峰值功率的影响。结果表明:光谱调制会导致脉冲旁瓣的产生,降低系统输出脉冲的有效能量和飞秒对比度,系统输出脉冲为平顶光谱时,其有效输出峰值功率最大。     

湍流对部分相干环状光束空间相干性的影响

基于广义惠更斯一菲涅耳原理,并采用Rytov相位结构函数二次近似的方法,推导出了部分相干环状光束通过湍流大气传输时,其光谱相干度的解析公式,并研究了光束的空间相干特性.研究表明,部分相干环状光束通过自由空间传输时其光谱相干度会出现振荡和相位奇异现象,且光束遮拦比ε越大振荡越厉害.但是,随着湍流的增强,其振荡逐渐减弱直至消失,不同ε的光谱相干度曲线相接近,并呈类高斯分布.光束遮拦比ε越大的部分相干环状光束其空间相干性受湍流影响越小.此外,在自由空间中,若光束相干参数α较小,随ε的变化光谱相干度二阶矩宽度wc.可大于或小于其光谱强度二阶矩宽度wi,且临界值ε0随α的增大而增大;随着α的增大,则无论ε取何值都有wc＞wi.然而,当湍流增强到一定程度,总是有wc＜wi.     

部分相干径向偏振拉盖尔-高斯脉冲光束在大气湍流中传输的光谱移动和光谱开关

研究了部分相干径向偏振拉盖尔-高斯(partially coherent radially polarized Laguerre-Gaussian, PCRPLG)脉冲光束在大气湍流中传输时的光谱移动和光谱开关。研究发现,在湍流大气传输时,光束轴上点光谱因受湍流影响产生的双谱峰现象会发生跃变,湍流越强,光谱在跃变后相对谱移变化越稳定,而轴外点光谱在越强的湍流中相对谱移变化范围越小。研究还发现,适当增加脉冲宽度会明显减小大气湍流对光束轴上点和轴外点光谱移动的影响。在不同脉宽下,轴上和轴外点光谱均会出现光谱开关,且轴外点光谱会产生两次光谱跃变的独特现象。在固定的传输距离上,拓扑荷越大,轴上点光谱移动越小,近轴范围内光谱相对谱移的变化范围越小,此外,不同拓扑荷下光谱均会出现谱开关。相干度越大时,光谱的变化越稳定,轴外点光谱的光谱开关发生位置越远。本文的研究结果为多普勒激光雷达的应用提供理 论依据,PCRPLG脉冲光束本身具有较强抗湍流能力,且通过调控光束参数可以减小光束光谱移动。     

部分相干平顶光束在大气湍流中空间相干性研究

采用Rytov相位结构函数二次近似的方法和广义惠更斯-菲涅耳原理,推导出了部分相干平顶光束通过大气湍流传输的空间相干度公式,研究了湍流对光束空间相干特性的影响.研究表明:部分相干平顶光束的空间相干性由大气湍流折射率结构常数、光束的相对空间相关长度、平顶光束的阶数、传输距离和观察点位置坐标等因素共同确定.部分相干平顶光束通过湍流大气传输时,其空间相干度会出现振荡和相位奇异现象,但随着湍流的增强,振荡减弱,直至振荡和相位奇异现象消失.     

高斯和超高斯型随机相位调制的光腔模式

本文利用空间－频率域相干模式理论对内置高斯或超高斯类型的随机相位调制的腔内模式进行了数值分析。结果表明：在这种随机相位片调制下,通过控制参数,可以在一腔镜上得到部分相干的类超高斯分布的光束,且类超高斯阶次可由相位参数控制;本文还引入新的参量－平整度来描述光束的整体强度分布的特征。     

准相位匹配晶体中超短脉冲传输的自聚焦效应

建立了超短激光脉冲在准相位匹配晶体中传输的物理模型,并对修正后的非线性薛定谔方程进行了数值求解,获得了飞秒激光脉冲在周期极化铌酸锂晶体中传输的时空演化过程。模拟结果发现当入射基频光功率超过晶体自聚焦的临界功率时,发生自聚焦过程。自聚焦效应使激光脉冲在时域上产生分裂和在空间上发生聚焦。脉冲宽度随着传输距离的增加而逐渐减小,焦点处脉冲宽度最小;脉冲在空间上被聚焦,聚焦半径随着传输距离的增加而逐渐减小,焦点处半径最小,经过焦点后发散;脉冲峰值强度在焦点处最强,经过焦点后峰值强度逐渐降低。超短脉冲倍频过程中,自聚焦效应限制了准相位匹配晶体的长度。     

随机电磁涡旋光束在光纤中光谱相干度的变化

基于广义惠更斯菲涅尔原理和相干偏振统一理论 ,推导了随机电磁高斯涡旋光束在梯 度折射率 光纤传输中交叉谱密度矩阵元的解析表达式,并用以研究了随机电磁高斯涡旋光束在梯度折 射率光 纤中光谱相干度的变化。研究结果表明,随机电磁高斯涡旋光束在梯度折射率光纤中传输时 ,光谱 相干度分布的周期与梯度折射率系数β相关。光束波长越长梯度折射率光纤对 光谱相干度分布的聚 焦作用越明显。光谱相干度分布暗环数与拓扑荷数m相同,自相关空间长度σ_xx会改 变光谱相干度 沿径向的变化速度,而互相关空间长度σ_xy不改变光谱相干度分布。本文研究结果对 随机电磁涡旋光 束在光纤中的传输具有指导意义,在高速率大容量光纤保密通信方面有参考价值。     

自相位调制的频谱展宽研究

光纤中的自相位调制(SPM)会导致光脉冲的频谱展宽.文章作者通过调整光纤参数和光脉冲参数,利用OptisyStem软件成功地模拟出了SPM效应,并详细分析了光纤长度、峰值功率、脉冲形状和初始啁啾等参数对SPM谱的影响,观察到了负的初始啁啾使光纤输出端的脉冲频谱窄化的现象.     

随机电磁光束通过大气湍流的传输特性

建立了随机电磁光束通过大气湍流的传输模型,并对比研究了高斯-谢尔模光束在大气湍流和自由空间的传输特性。研究表明,光谱偏振度随传输距离变化,并在远场趋于稳定;得到了远场稳定偏振度的解析表达式,其在大气湍流传输中与光束的自相关长度和互相关长度无关;光谱相干度在自由空间的远场趋于1,而在大气湍流的远场趋于0,并且湍流强度越大光谱相干度下降越快,光谱密度衰减越快。     

Spectral properties of partially coherent chirped Airy pulsed beam in oceanic turbulence

Spectral shifts and spectral intensities of partially coherent chirped Airy pulsed(PCCAP) beams propagating through oceanic turbulence are studied, where spectral properties of partially coherent chirped Gaussian pulsed(PCCGP) beams are also compared. The effects of optical parameters and oceanic turbulence parameters on spectral shifts at different observation positions are mainly discussed. It is shown that the spectral shift of PCCAP beam is richer than that of PCCGP beam, and there exists some critical positions for PCCAP beams where the spectral red-shift reaches its maximum. The spectral red-shift increases with increasing chirped parameter, correlation length or decreasing pulse duration. However, the increasing of spectral red-shift is accompanied by increasing dissipation rate of turbulence kinetic energy in unit mass liquid or decreasing relative intensity of temperature and salinity fluctuations, mean square temperature dissipation rate. A physical explanation of rapid spectral transition is also made.     

Optical phase modulation in an injection locked AlGaAs semiconductor laser

Optical phase modulation by injecting coherent CW light into a directly frequency modulated semiconductor laser is reported. Phase modulation was obtained at up to 800 MHz modulation frequency without distortion for a 1.6 GHz full locking bandwidth. A static phase shift of ? took place with a 0.48 mA bias current change in the injection locked laser. Experimental and theoretical results showed that the product of the normalised phase deviation by the frequency deviation and the cutoff modulation frequency is constant.     

优化参数对CPM-PSWF信号性能的影响

基于椭圆球面波信号的连续相位调制(Continuous Phase Modulation Based on Prolate Spheroi-dal Wave Function,CPM-PSWF)方法是一种新颖的数字调制方式,调制参数的优化与其调制信号性能有着直接联系.分析不同调制参数对CPM-PSWF信号性能的影响,优化选择调制参数,对获得能量聚集性和功率效率都较高的CPM信号具有重要意义.首先,对基于椭圆球面波信号的CPM信号进行描述;其次,采用韦尔奇(Welch)谱密度估计法,对时间带宽积、调制指数、关联长度等不同参数对CPM-PSWF调制信号的功率谱密度和带宽特性的影响进行了仿真分析.实验结果表明,选用0阶椭圆球面波信号,小时间带宽积、调制指数和符号进制数越小,关联长度越大时,CPM-PSWF信号具有频谱带外高频滚降快、占用带宽小的特点.     

部分相干光束的聚焦特性

基于部分相干光的传输方程,研究了光强为高斯分布、空间相干度函数为零阶贝塞耳函数的部分相干光束的聚焦特性。研究结果表明,在几何焦点附近的光强分布不仅依赖于入射的部分相干光束的光强分布,而且还依赖于部分相干光束的空间相干度。当空间相干长度、焦距等参数取某些特定值时几何焦点附近的光强分布将出现平顶光束的分布形式;另外,当空间相干长度取值改变时几何焦点附近的光强分布将出现局域空心光束的分布形式。基于此,可以通过改变部分相干光束的空间相干度来实现对几何焦点附近光强分布的控制,从而获得需要的光强分布。     

高斯谢尔模型光束在EIT原子气体中的传输特性研究

为了研究高斯－谢尔模型（GSM）光束在电磁感应透明（EIT）材料中的传输特性,利用矩阵光学理论、衍射积分理论、相干偏振统一理论推导了GSM光束通过EIT材料的传输交叉谱密度方程的解析表达式。该表达式可以用于计算和研究GSM光束通过EIT原子气体的谱密度和相干度的变化。分析显示GSM光束的谱密度和相干度都可以通过控制光的拉比频率调控。此研究结果提供了一种新的调控光传输的方法和技术,同时该发现也为控制部分相干光的谱密度和相干度提供了一种新方法。     

水平大气传输中部分相干光的光强分布及 相干特性

利用光束的交叉谱密度函数得到了部分相干光的光强分布和相干长度的表达式, 并基于该表达式就光源不同 相干参数、不同湍流强度对部分相干光在水平大气传输中的光强分布和相干长度的影响效应进行了数值模拟, 且与 完全相干光进行了比较分析。研究结果表明: 在自由空间传输过程中光强分布主要受衍射引起的展宽影响, 光源相干 参数越大光束的相干长度值越大。在湍流大气中, 光源相干参数越大光强分布和相干长度受湍流大气强度变化影响 越小。随着湍流强度和传输距离的增加, 光束展宽效应增加, 同时由于湍流叠加效应导致光束的相干长度下降。     

Coherent combining of two pulsed fibre lasers in phase modulated mutually coupled fibre laser array

A scalable architecture for coherent combining of pulsed fibre lasers is reported. Stable synchronous and phase-locked pulsed fibre laser beams are generated in a phase modulated mutually coupled fibre laser array. The mechanism for generating a pulsed laser is different from previous Q-switching, modelocking or pump modulation methods. Two pulsed fibre lasers are coherently combined with 0.48 J pulse energy at the repetition rate of 115 kHz. The repetition rate can be controlled by adjusting the pump current. The combining efficiency of the two pulsed fibre lasers reaches 90 and the fringe contrast is larger than 40 .     

部分空间相干光经准均匀介质的散射

基于一阶波恩近似,研究了部分空间相干平面光经准均匀介质的散射特性,得到了远场散射光谱强度和光谱相干度的解析表达式。讨论了入射光的空间相干性和介质特性对散射场光谱强度和光谱相干度的影响。比较了入射光是完全相干光和部分相干光时,散射场光谱强度和相干度的区别。研究结果表明:入射光的空间相干性对散射场光谱强度的分布有重要影响;随着入射光空间相干长度的增大,光谱宽度减小;光谱相干度随着入射光束腰宽度或介质有效半径的增大而减小。当准均匀介质的有效半径和相干长度、入射光的空间相干长度满足一定条件时,散射光是完全相干光。