部分相干标量及矢量光束在大气湍流中的传输特性研究

摘要

研究激光在大气湍流中的传输特性对激光光学、遥感、光学成像、光学俘获、非线性光学及自由空间光通讯等方面具有非常重要的理论和实际应用价值。近年来,科研工作者对部分相干光束做了大量理论和实验研究,发现部分相干光束比完全相干光束受大气湍流影响小,更具传输优势。本论文主要研究拉盖尔高斯关联(LGSM)光束和部分相干柱偏振矢量拉盖尔高斯(LG)光束这两种特殊光束在大气湍流中的传输特性,具体工作如下:
　　1、选取拉盖尔高斯关联(LGSM)光束理论模型,推导在大气湍流中传输的LGSM光束的交叉谱密度和二阶矩的表达式,并数值模拟光束的相干度和2M因子。研究发现,在选择合适的光束参数的情况下,模数越大的LGSM光束受湍流负面影响越小,传输优势越明显。研究结果表明:LGSM光束受大气湍流的负面影响比GSM光束小,即LGSM光束的抗干扰能力更强。本研究为拉盖尔高斯关联光束在现实生活中的应用提供了扎实的理论基础。
　　2、理论推导部分相干柱偏振矢量LG光束的可实现条件和在大气湍流中传输的交叉谱密度矩阵表达式,进而研究光束传输特性如光强分布、复相干度和偏振度。研究表明上述传输特性与湍流强度和初始光束参数有关。湍流强度越强,空间相关宽度和模系数越小,光束趋于高斯分布的速度就越快,光束受大气湍流负面影响越大。当光束在大气湍流中传输时,其偏振度分布是非均匀的。研究表明,通过对光束相干性和偏振性的调制,可以有效减小湍流的负面影响。

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第一章 绪 论

§1.1 激光传输理论的概述

§1.2 大气湍流理论概述

§1.3 部分相干激光理论概述

§1.4 柱偏振矢量光束理论概述

§1.5 特殊关联激光束的研究状况

§1.6 本论文的主要研究内容和创新点

参考文献

第二章 基本理论与方法

§2.1 激光传输的基本理论和方法

§2.2 部分相干光的基础理论

§2.3 激光光束质量理论

参考文献

第三章 拉盖尔高斯关联光束在大气湍流中的传输特性研究

§3.1 背景介绍

§3.2 拉盖尔高斯关联（LGSM）光束在大气湍流中的相干度

§3.3 拉盖尔高斯关联（LGSM）光束在大气湍流中的 2M 因子

§3.4 数值模拟

§3.5 本章小结

参考文献

第四章 部分相干柱偏振矢量LG光束在大气湍流中的传输特性研究

§4.1 背景介绍

§4.2 部分相干柱偏振矢量LG光束在大气湍流中的传输特性

§4.3 数值模拟

§4.4 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

附注：部分相干柱偏振矢量LG光束的可实现条件推导

攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢