圆环衍射效应下涡旋光束的偏振度传输

利用部分相干光的相干与偏振的统一理论和2×2交叉谱密度矩阵传输规律,推导出随机电磁涡旋光束经圆环衍射后偏振度的计算公式.在这些理论基础上,研究了随机拉盖尔-高斯光束在传播过程中偏振度的变化.分析表明,部分相干涡旋光束经圆环衍射后偏振度将发生变化,在衍射场中光束的偏振度分布情况与入射光的相干度、入射光束的拓扑电荷数、衍射...     

部分相干电磁厄米-高斯光束通过湍流大气传输的偏振特性

采用相干性和偏振性统一理论,推导出了部分相干电磁厄米-高斯(EHG)光束在湍流大气中传输时偏振度的解析式,并给出了偏振度保持传输不变的条件。研究表明,部分相干电磁厄米-高斯光束的偏振度由大气折射率结构常数、光束相关长度、厄米多项式阶数、光束初始偏振度相关常数和观察点位置共同决定。经过足够长的传输距离后,光束的偏振度将趋于源平面处的初始值,并与光束相关长度、厄米多项式阶数以及湍流的强弱均无关系。电磁高斯-谢尔模型(EGSM)光束通过湍流大气传输时光束偏振度的变化作为所得结果的特例给出。     

PCELG光束通过光阑传输后偏振度的研究

为了研究部分相干复宗量拉盖尔-高斯(PCELG)光束通过环形光阑后在湍流大气中传输时的偏振特性,基于拓展的惠更斯-菲涅耳原理,经理论推导,得出PCELG光束偏振度的解析表达式,并进行了相应的数值计算。结果表明,光阑的衍射效应将会造成PCELG光束偏振度振荡加剧的现象;当PCELG光束在湍流大气或自由空间中传输时,近轴处横向的偏振度有着剧烈的振荡,而在较远点处,其偏振度都是趋于1,且随着传输距离的增加,横向的偏振度趋于1时所对应的离轴距离也增大;当PCELG光束通过光阑后在自由空间中传输时,经过足够长的距离,偏振度将趋近于不同于初始偏振度的值,而在湍流大气中传输时,偏振度将趋近于初始偏振度。该结果对光束在大气中的传输及其应用具有实际意义。     

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.     

光阑对非均匀偏振光传输特性的影响

从光束的相干-偏振(BCP)矩阵和传输理论出发,推导出了非均匀偏振(NUP)光通过光阑后的偏振度和光强分布的一般表示式。给出了一个光强均匀分布NUP光束的数值计算例。结果表明,通过光阑后光束的偏振度和光强分布发生了显著的变化。横平面上偏振度出现了振荡,光强剖面为非均匀分布。但在远场为均匀偏振。     

部分相干高斯涡旋光束电场和磁场的光谱Stokes奇点

以傍轴高斯涡旋光束为例,对部分相干涡旋光束的磁场在源平面的光谱Stokes奇点变化规律做了研究,并与部分相干光束电场的光谱Stokes奇点做了比较。研究结果表明,部分相干高斯涡旋光束在源平面内,存在着磁场和电场的光谱Stokes奇点。适当改变光束束腰宽度以及离轴量等光束控制参数会出现磁场和电场的光谱Stokes奇点的移动、产生和湮灭。与部分相干光束电场的光谱Stokes奇点比较表明,二者并不重合且拓扑电荷不同,但具有一定的对称性。磁场和电场的光谱Stokes奇点在变化过程中满足拓扑关系。     

径向偏振扭曲矩形多高斯-谢尔模光束及其传输特性

近年来,携带扭曲相位的部分相干光束因其独特的性质受到广泛关注。引入一种同时携带扭曲相位和具有特殊空间关联结构的部分相干矢量光束,即径向偏振扭曲矩形多高斯-谢尔模光束,推导了该光束通过ABCD光学系统后的交叉光谱密度矩阵元解析表达式,并研究了它的归一化光强分布、光谱相干度和光谱偏振度的演化特性。研究结果表明,当无扭曲相位时,径向偏振矩形多高斯-谢尔模光束的光强由源平面的空心圆环轮廓逐渐演变成矩形平顶轮廓。相较而言,径向偏振扭曲矩形多高斯-谢尔模光束所携带的扭曲相位不仅会引起光束光斑的旋转,还会引起传播过程中光束的相干度和偏振度的一系列变化。该研究结果为扭曲相位实现新型矢量结构光束的调控提供一定的理论指导,在光束整形、光学微操纵和自由空间光通信等领域有着潜在的应用。     

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。     

空心高斯光束通过光阑透镜系统的传输特性

为了研究空心光束通过硬边光阑透镜傍轴ABCD光学系统后的传输特性,利用柯林斯衍射积分公式,推导出了空心高斯光束通过受圆孔硬边光阑限制的傍轴ABCD光学系统的传输公式,所得公式可用来描述空心高斯光束通过任意傍轴ABCD光学系统的传输.研究了光阑、透镜以及光阑透镜系统对空心高斯光束传输特性的影响,并用数值例做了详细说明.结果表明,光阑和透镜均会使光束的光场分布向源平面前移,光阑会破坏空心高斯光束的空心性,而单纯的透镜只改变光场分布,不会破坏光束的空心性.这一结果对于空心光束的产生和应用有理论指导意义.     

部分相干光束经刀边衍射产生的光谱变化

从部分相干光束的传输定律出发,得到了部分相干光束刀边衍射时的远场光谱的表达式．根据该表达式对衍射场中的光谱进行了理论研究。研究的结果表明：衍射场中的光谱将随着观察点位置而改变,并且对于固定观察点,其光谱将随着相对空间相干度以及光束透过率的变化而变化。     

部分相干双涡旋光束在海洋湍流中的传输

基于广义惠更斯―菲涅耳原理,推导了部分相 干双涡旋光束在海洋湍流中传输时光强分布的理论表 达式,详细研究了部分相干双涡旋光束在海洋湍流中的传输特性。研究结果表明,在传输距 离较小的情况 下,双环结构扩展随着外环拓扑荷数的增加而增大,传输一定距离以后光束转化为空心分布 ,当传输距离 足够长后,光强分布转化为类高斯分布。研究还发现,双涡旋光束在海洋湍流中的强度分布 也受到海洋湍 流相关参数的影响,并且随着海洋湍流的相关参数的改变,光束转化为类高斯分布所需要的 传输距离也随 着改变。另外,在传输距离较短的情况下,光源的相干性越好,光束的双环结构越明显,并 且中间的“暗核” 越明显。所得结果对于部分相干双涡旋光束应用于水下湍流环境有着重要的意义。     

斜程大气传输部分相干平顶光束的空间相干度

为了研究不同天顶角、传输距离、光源相干性以及湍流外尺度对接收面光束空间相干度的影响,采用广义惠更斯-菲涅耳原理和相位结构函数的平方近似,并运用张量积分的方法,得到了部分相干平顶光束通过斜程湍流大气传输后接收面光束空间相干度的解析表达式。结果表明,传输距离较短时,该光束空间相干度随两点距离的增加出现振荡现象,而传输距离较长时振荡现象消失;当传输距离给定时,天顶角越大,光束空间相干度的有效宽度相对较短。初始相干长度较短的该类光束其空间相干度的宽度不随传输距离的增加而减小;长距离传输后,光束空间相干性与光束初始相干长度不再有关。     

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。     

电磁反常涡旋光束在各向异性大气湍流中的偏振特性

本文研究了部分相干电磁反常涡旋光束(PCEAVB)通过各向异性non-Kolmogorov大气湍流后的偏振度和偏振态的变化.研究结果表明,PCEAVB的偏振度分布为同心的圆环,而随着光束阶数n和拓扑荷数m的增大,同心圆环数逐渐增加,分布越密集.光束阶数n越高、拓扑荷数m越低,高偏振度分布区域越趋于中间区域;反之,则趋于...     

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。     

部分相干且部分偏振的光脉冲

提出了时域部分相干、部分偏振的光脉冲的慨念,定义了相应的时域部分相干-偏振矩阵(PCPM),对矩阵元和偏振度的测量方法以及光脉冲所满足的传输规律进行了研究;对矩阵元和偏振度的实验测量方法进行了分析．得到了光脉冲偏振度的表达式;进一步研究了部分偏振、部分相干光脉冲的传输和变换．发现在光脉冲传输过程中,矩阵元之间相互独立．并且各矩阵元的传输规律与标量的部分相干光脉冲一致。     

部分相干光通过多个硬边光阑ABCD光学系统传输的快速算法

部分相干光通过受光阑限制近轴ABCD光学系统传输是实际工作中一个十分有意义却是很困难的问题。虽然使用“Mathematia”编制的程序可对Collins公式作数值积分，但随着光阑数目的增加，计算变得非常繁琐和耗时。用有限个复高斯函数之和来逼近硬边光阑窗函数的方法，推导出了部分相干光通过多个硬边光阑ABCD光学系统传输的递推公式，提供了一种模拟部分相干光通过硬边光学系统传输的快速算法。计算示例表明，当离光阑不太近时，使用解析公式和直接对Collins公式作数值积分的结果符合甚好，并具有快速计算的主要优点，因此大为节约了机时。此外，由于将单光阑推广到多光阑的ABCD光学系统，并考虑了光束的部分空间相干性，因此所得结果更具一般性，且对多模部分相干激光是适用的。