部分相干电磁光束在湍流介质中传输的光谱变化

从推广的惠更斯-菲涅尔原理出发,推导出了部分相干电磁光束的光谱在湍流介质中传输的表达式,并以电磁高斯-谢尔模型(EGSM)光束为例,研究了湍流对电磁高斯-谢尔模型光束光谱的影响.研究结果表明,在湍流介质中传输的部分相干电磁光束的光谱会随着折射率结构常数、空间相干长度、光斑大小的改变而变化.     

部分空间和部分时间相干衍射高斯-谢尔模型脉冲光束在大气湍流中的光谱移动和光谱开关

基于非稳光场的相干光理论,研究了部分空间和部分时间相干高斯-谢尔模型脉冲光束在大气湍流中的光谱变化规律.给出了两者在大气湍流中的光谱传输公式.数值计算结果表明,由于光阑衍射效应的影响,光谱沿轴向、径向均出现蓝移或红移,随着相对传输距离z/z0、空间相干参数β和折射率结构常数C2n的增大,脉冲时间相干长度Tc的减小,轴向...     

部分空间相干光在自由空间中传输的光谱分裂

基于部分相干光的传输定律,研究了多色高斯谢尔模型光束在自由空间中传输的光谱变化.研究表明,在近场会有光谱分裂出现,光谱分裂与光源的空间相干性和源光谱的谱宽以及位置参数有关.对结果作了分析,并用数值计算作了说明.     

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。     

部分相干光通过像散透镜的聚焦特性

从部分相干光的传输理论出发,推导出高斯 谢尔模型(GSM)光束表示的部分相干光通过像散透镜后光强分布的解析表示式,并进行了数值计算。研究结果表明,像散影响部分相干光的聚焦特性。与没有像散情况比较,像散使部分相干光轴上最大光强的位置移动,导致实际焦点的光强减小。     

GSM光束在负折射率介质中的传输特性研究

为了研究高斯-谢尔模型光束在负折射率介质中的传输特性,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高斯-谢尔模型光束通过负折射率介质中传输交叉谱密度方程的解析表达式,并利用该解析表达式得到了高斯-谢尔模型光束通过负折射率介质的谱密度和谱相干度。结果表明,高斯-谢尔模型光束的谱密度和谱相干度都可以通过负折射率介质的工作频率调控。此研究结果提供了一种新的调控光传输的方法和技术。     

初级相差对多色部分相干平顶高斯光束光谱移动与光谱开关的影响

基于部分相干光的传输理论,研究了有初级像差多色部分相干平顶高斯光束被光阑衍射后的光谱变化规律,并通过数值计算,重点对球差、慧差、像散、场曲和畸变等初级相差对光谱移动和光谱开关的影响进行了分析比较.研究表明:在考虑光学系统存在各种初级像差的情况下,轴上光谱也会出现光谱移动和光谱开关.光谱移动和光谱开关不仅与光阑截断参数、...     

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。     

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。     

部分相干光在大气湍流中的光束扩展及角扩展

基于广义惠更斯-菲涅耳原理、交叉谱密度函数,利用修正Von Karmon谱模型以及ITU-R颁布的大气折射率结构常数模型,推导出部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中传输时的束宽及角扩展表达式,讨论并对比斜程和水平两种传输方式下天顶角、传输距离、湍流强度、相干长度等参数对光束束宽与角扩展的影响,同时分别从相对束宽和相对角扩展的角度分析各种参数对于光束抑制湍流能力的影响,并给予相应的物理解释。结果表明:当天顶角小于 /3时,光束在斜程传输时的光束扩展和角扩展量接近于垂直传输,所受湍流影响很小。传输距离大于1 km时,束宽和相对束宽随传输距离的增加而明显增加。光束相干长度越大,光束所受湍流影响越大,而束宽及角扩展会随之减小。     

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。     

多色GSM光束通过杨氏双缝后谱强度的一般式

为了统一地研究多色高斯-谢尔模型(GSM)光束通过杨氏双缝衍射后在近场和远场的光谱移动和光谱开关现象,利用部分相干光的广义衍射积分公式,得到了多色GSM光束通过杨氏双缝和ABCD光学系统后的谱强度解析表达式。从该式可看出,多色GSM光束轴上光谱移动的成因是不同频率成分的光具有不同的菲涅耳数。利用谱强度解析式并以自由空间作为ABCD光学系统的典型代表,对多色GSM光束在近场轴上和远场轴外的光谱移动和光谱开关现象作了数值计算研究。结果表明,所得谱强度解析表达式对GSM光束通过杨氏双缝衍射后的光谱移动和光谱开关现象的研究有一定的理论价值。     

湍流大气中J0相关部分相干平顶光束的谱移

为了研究相干度为零阶贝塞耳函数的部分相干平顶光束的光谱特性,采用广义惠更斯-菲涅耳公式推导了J0相关部分相干平顶光束通过湍流大气的光谱分布表达式,分析了大气折射率结构常数、平顶阶数、光源的中心频率、相干性参量以及谱宽对谱移的影响。结果表明,光源的中心频率、光谱宽度、空间相干参量、湍流强度对轴上谱移量影响较大;另外,随着湍流的增强,光谱位移量减小;在自由空间中,平顶光束的阶数越高,对谱移的影响就越大,但在湍流大气中阶数对谱移几乎没有影响。     

The spectral switch of partially coherent light in Young'sexperiment

The spectral switch in Young's two-slit experiment with partially coherent light is studied based on the propagation law of partially coherent light. It is shown that, by varying the source correlation, slit parameter and observation distance, the on-axis spectrum changes gradually, and the spectral switch can take place, where the spectral shift exhibits a rapid transition from red to blue shift or vice verse     

Influence of different propagation paths on the propagation of laser in atmospheric turbulence

The analytical expressions for the average intensity, root mean square （RMS） beam width and angular spread of Gaus- sian Schell-model （GSM） beams propagating under slant atmospheric turbulence are derived, and they are used to study the influence of different propagation paths on the propagation of laser beams in atmospheric turbulence. It is shown that under the same condition, the influence of atmospheric turbulence along a downlink path on the GSM beam propagation is the smallest among the three paths. Therefore, the downlink propagation is more beneficial to the beam propagation through atmospheric turbulence compared with the uplink propagation and horizontal propagation.     

大气湍流对拉盖尔-高斯光束传播质量的影响

为了从系统的角度研究大气湍流对涡旋光束传播 质量的影响,根据广义惠更斯-菲涅尔积分和Kolmogorov湍流大气原理,利 用傅里叶光学分析方法和光束分步传播法对携带有轨道角动量(OAM)的 拉盖尔-高斯(LG)光束在湍流大气中的传播进行理论分析与数值仿真, 导出角谱形式的衍射模型及其对应的抽样限制条件。利用桶中功率(PIB,power in bucket)计算方法,分析湍流强度对不同OAM值的LG光束质量的 影响;引入高斯光束和点光源,对比评估典型光束的抗湍流能力。数值仿真结果表明:受大 气湍流影响,随着LG光束在湍流大气 中传播距离增加,光束会聚能力变弱有明显扩散;光束本身特有的环状光强分布及其相应的 相位分布都受到不同程度的破坏,损伤 程度与光束本身携带的OAM数有关;点光源对湍流的影响最为敏 感;高斯光束具有与小OAM值的LG光束相比拟的抗 湍流能力,且比大OAM数的LG光束有更强的抗湍流能力。     

Spectral switching of Gaussian-Schell model beams passing throughan aperture lens

Starting from the propagation equation of partially coherent light, the spectral switching of Gaussian-Schell model (GSM) beams passing through an aperture lens is studied. Our detailed theoretical and numerical results have shown that the spectral switching of GSM beams is mainly dependent on the truncation parameter, coherence parameter and Fresnel number. By a suitable choice of the system parameters, the position, number, and transition amplitude of the spectral switch can be varied