部分相干列陣光束模型的構(gòu)建及其與介質(zhì)相互作用特性的研究.pdf

1、部分相干光束具有豐富的物理性質(zhì)，在很多領(lǐng)域都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因而對(duì)部分相干光的研究成為了一個(gè)熱點(diǎn)。最常見的隨機(jī)源光場(chǎng)是高斯謝爾模型，其光束的空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)滿足高斯函數(shù)分布。近年來，多種具有特殊關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的部分相干光束被提出，這些光束具有特殊形狀的光強(qiáng)分布，如環(huán)形分布、平頂分布、列陣分布等，它們?cè)谧杂煽臻g光通信、光學(xué)微粒操控等很多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，部分相干光束的實(shí)際應(yīng)用離不開光與介質(zhì)的相互作用，湍流介質(zhì)折射率的隨機(jī)起伏會(huì)引起傳輸光

2、場(chǎng)波前的隨機(jī)起伏，產(chǎn)生光斑抖動(dòng)、閃爍、光束擴(kuò)展和像點(diǎn)抖動(dòng)等現(xiàn)象。因此，研究隨機(jī)光場(chǎng)與湍流介質(zhì)的相互作用對(duì)光通信、成像、傳感和激光雷達(dá)等實(shí)際應(yīng)用具有重要價(jià)值。
　　本論文里我們提出了兩種新型的部分相干光束理論模型，并研究它們?cè)趎on-Kolmogorov型大氣湍流和海洋湍流中的傳輸特性。本文的主要內(nèi)容是:
　　一、提出新型的空間關(guān)聯(lián)函數(shù)模型。我們構(gòu)建了兩種新型的空間關(guān)聯(lián)函數(shù)模型，并且使具有這兩種空間關(guān)聯(lián)函數(shù)的隨機(jī)光源能在遠(yuǎn)場(chǎng)處

3、的光強(qiáng)分布分別呈現(xiàn)矩形列陣分布和徑向列陣分布，同時(shí)也推出了使光束具有實(shí)際物理意義的條件。對(duì)它們遠(yuǎn)場(chǎng)處光譜密度函數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果顯示遠(yuǎn)場(chǎng)處的光譜密度分布與光源的初始參數(shù)有關(guān)。
　　二、研究?jī)煞N高斯謝爾模列陣光束在non-Kolmogorov型大氣湍流中的傳輸特性?；趶V義惠更斯-菲涅爾衍射公式，推導(dǎo)出了矩形高斯謝爾模列陣光束和徑向高斯謝爾模列陣光束在大氣湍流中傳輸?shù)慕徊孀V密度函數(shù)表達(dá)式，進(jìn)而得到它們光譜密度、光譜相干度的函數(shù)表達(dá)

4、式。根據(jù)定義推出了光束有效束寬的解析表達(dá)式?；谶@些推導(dǎo)出的理論公式，選取合適的參數(shù)，模擬它們?cè)诖髿馔牧髦械难葑兦闆r，分析探討光束初始參數(shù)及大氣湍流參數(shù)對(duì)光束傳輸特性的影響。
　　三、進(jìn)一步，研究這兩種高斯謝爾模列陣光束在海洋湍流中的傳輸特性。類似的，基于廣義惠更斯-菲涅爾衍射公式，推導(dǎo)出了矩形高斯謝爾模列陣光束和徑向高斯謝爾模列陣光束在海洋湍流中傳輸?shù)慕徊孀V密度函數(shù)表達(dá)式，進(jìn)而得到它們光譜密度、光譜相干度以及光束有效束寬的表達(dá)式