光束的聚焦特性和部分相干光通過(guò)湍流大氣傳輸光束擴(kuò)展的研究.pdf

1、激光束的傳輸是一個(gè)有重要理論和實(shí)際應(yīng)用意義的課題。本論文主要研究了激光傳輸中的兩個(gè)問(wèn)題，即光束的聚焦特性和部分相干光通過(guò)湍流大氣傳輸?shù)墓馐鴶U(kuò)展。具體工作包括： 1、研究了厄米雙曲余弦高斯(HChG)光束的焦移和焦開關(guān)特性。對(duì)HChG光束通過(guò)光闌透鏡分離系統(tǒng)的軸上光強(qiáng)分布做了詳細(xì)的數(shù)值分析。研究發(fā)現(xiàn)，在一定條件下軸上存在兩個(gè)光強(qiáng)極大值點(diǎn)，并且在這兩個(gè)極大值點(diǎn)相互競(jìng)爭(zhēng)中會(huì)出現(xiàn)焦點(diǎn)位置的有效置換，即出現(xiàn)焦開關(guān)。HChG光束產(chǎn)生焦開關(guān)的

2、條件是：光闌與透鏡相對(duì)間距為1，光束階數(shù)為偶數(shù)，光束參數(shù)小于其相應(yīng)的臨界值，截?cái)鄥?shù)在它的兩個(gè)臨界值之間。進(jìn)一步研究表明，焦點(diǎn)位置相對(duì)躍遷量和軸上相對(duì)光強(qiáng)下凹量隨光束參數(shù)的減小而增大，但是隨著截?cái)鄥?shù)的增大焦點(diǎn)位置相對(duì)躍遷量和軸上相對(duì)光強(qiáng)下凹量將分別出現(xiàn)一個(gè)極大值。在大范圍調(diào)焦的應(yīng)用中，可利用焦開關(guān)實(shí)現(xiàn)調(diào)焦之目的；在精密聚焦的激光應(yīng)用中，應(yīng)控制焦開關(guān)的產(chǎn)生。 2、以高斯-謝爾模型(GSM)光束和部分相干雙曲余弦高斯光束作為部分相

3、干光的典型例子，研究了部分相干光在湍流大氣中的光束擴(kuò)展問(wèn)題，得到一些有意義的結(jié)果，并給予了合理的物理解釋。 基于廣義惠更斯-菲涅爾原理，采用將GSM光束用高階厄米高斯光束的非相干疊加的方法得到了GSM光束在湍流大氣中的均方根束寬表達(dá)式。與先前的研究工作做了比較，數(shù)值計(jì)算表明兩者結(jié)果是一致的，但本文采用的方法具有推導(dǎo)簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。研究表明，光束的擴(kuò)展隨著湍流大氣的折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)的增大而加劇，并且有較小相干長(zhǎng)度的GSM光束受湍流大氣的