部分相干光

摘要： 采用非线性光谱展宽光源作为高重复频率部分相干光载波光源,开展大气湍流信道中高速信息传输实验研究.通过皮秒光纤激光器泵浦高非线性光纤获得非线性光谱展宽的部分相干光载波光源,重复频率可达10 GHz.采用10 Gbit/s脉冲高速数字调制,通过模拟大气湍流信道传输,相干光载波和部分相干光载波在湍流信道传输前后的信噪比分别从16.83 dB和11.83 dB降低至4.31 dB和5.64 dB.在温度差?T=230°C的模拟大气湍流通道中,当误码率为3.8×10-3时,部分相干光载波链路灵敏度达到-27.8 dBm,与相干光载波相比,灵敏度提高了1.6 dB.

摘要： 本文基于旋转的有机薄膜制作的相干衰减器产生部分相干光源,对杨氏双缝干涉实验进行拓展,采集部分相干光的光斑图样和干涉条纹图样,利用计算机程序处理图像,实现了对部分相干光的相干度和相干长度的快速测量.

摘要： 利用光束的交叉谱密度函数得到了部分相干光的光强分布和相干长度的表达式,并基于该表达式就光源不同相干参数、不同湍流强度对部分相干光在水平大气传输中的光强分布和相干长度的影响效应进行了数值模拟,且与完全相干光进行了比较分析。研究结果表明:在自由空间传输过程中光强分布主要受衍射引起的展宽影响,光源相干参数越大光束的相干长度值越大。在湍流大气中,光源相干参数越大光强分布和相干长度受湍流大气强度变化影响越小。随着湍流强度和传输距离的增加,光束展宽效应增加,同时由于湍流叠加效应导致光束的相干长度下降。

摘要： 基于交叉谱密度函数以及相干偏振统一理论,导出径向偏振部分相干螺旋贝塞尔光束的光场表达式,研究了该光束的传输特性.通过理论分析和数值计算可知,径向偏振部分相干螺旋贝塞尔光束在自由空间传输时,光束以固定的螺旋半径进行螺旋传输.且在传输过程中,光束逐渐由螺旋空心光束演变为螺旋高斯光束,这一过程所需的传输距离与相干长度有关.该光束的偏振角和偏振度都会受到螺旋半径和传输距离的影响,同时,相干长度的变化也会影响偏振度的分布.而相干长度,传输距离和螺旋半径的改变并不会影响光束的偏振椭圆率的分布.

摘要： 基于傅里叶变换下的菲涅尔衍射理论,对部分相干光产生Mathieu光束进行了理论和实验研究,并利用抽样理论和色散公式推导出Mathieu光束的光强分布表达式.数值模拟了不同传播距离处Mathieu光束的截面光强分布,并设计了实验对模拟结论进行验证.实验采用多波长蓝光LED为光源,利用带有椭圆形孔径的菲林片及轴棱锥得到Mathieu光束.模拟和实验结果均证明部分相干光可以产生Mathieu光束.研究结果对拓展Mathieu光束的应用范围提供了理论依据.

摘要： 光束在大气湍流中传输时,大气湍流效应对光束进行强度和相位的随机调制,最终在远场处形成散斑.以部分相干高斯-谢尔模型(Gaussian-Schell Model,GSM)光束为研究对象,根据广义的Huygens-Fresnel原理、修正Von Karman谱模型,推导了GSM光束在大气湍流中传输时接收端光束的有效半径和平均散斑半径的表达式.利用数值计算对比分析光源相关参数和大气湍流对光束有效半径和平均散斑半径的影响.研究表明:光束的初始束腰半径越大、相干长度越小以及波长越小时,接收端光束的有效半径和平均散斑半径受湍流的影响越小;大气折射率结构常数越大,光束扩展越严重,此时平均散斑半径越小;光束有效半径和平均散斑半径随湍流外尺度增大几乎无变化,随湍流内尺度的增大而减小.所得出的结论对无线激光通信系统中光束的捕获、对准与跟踪(Acquisition,Pointing and Tracking,APT)系统的设计提供一个重要的参考价值.%The intensity and phase of the beam propagated in the atmospheric turbulence were modulated by the effects of atmospheric turbulence, and then the speckle was formed in the far field. The partially coherent Gaussian-Schell Model (GSM) beam was taken as the research object. According to the generalized Huygens-Fresnel principle and the mode of the modified Von Karman spectrum , the expressions of the effective radius and the mean speckle radius of receiver beam were derived. The expressions were used to analyze the effects of the beam source parameters and atmospheric turbulence on the effective radius and the mean speckle radius. The numerical results show that the greater the waist radius of the beam source, the smaller the coherent length is, the smaller the wavelength is, and then the smaller the effects of atmospheric turbulence on the effective radius and the mean speckle radius of receiver beam are. The smaller refractive-index structure constant, the greater the beam spread and the smaller the mean speckle radius is. The effective radius and the mean speckle radius of receiver beam decrease with increasing inner-scale of turbulence, but have nearly no change with increasing outer -scale of turbulence. An important reference value will be provided for the design of the Acquisition, Tracking and Pointing (ATP) in atmospheric laser communication system.

摘要： When a partially coherent beam is transmitted in turbulent atmosphere channel,the optical intensity scintillation effect caused by atmospheric turbulence can be effectively suppressed,and accordingly performance of communication link is improved.According to Gamma-Gamma atmospheric channel model and characteristics of partially coherent beams,the analytic expressions of average bit error rate (BER),outage probability and average channel capacity were obtained for partially coherent optical communication system.Based on these results,the influence of spatial coherence length and communication distance on performance of communication link was analyzed.Numerical results show that as the spatial coherence length of a partially coherent beam decreases,the system BER and outage probability decrease gradually under the same atmospheric turbulence conditions and transmission distance,and the outage probability is lower than 10-6 and system BER is 10-5,when average signal-to-noise ratio (SNR) is 30dB;Meanwhile,as the spatial coherence length of the partially coherent beam decreases,average channel capacity of the system increases,and the average channel capacity is up to 3.8b/s·Hz-1 when SNR is 12 dB.The analytical results provide a theoretical basis for the realization of the communication of partially coherent light in the turbulent atmosphere.%部分相干光在湍流大气中传输时,可以有效抑制湍流所引起的光强闪烁效应,从而改善通信链路性能.针对Gamma-Gamma大气湍流信道模型和部分相干光的光束特性,得到了采用OOK调制方式下部分相干光通信系统的平均误码率、中断概率和平均信道容量三个性能指标的解析表达式;在此基础上,分析了光束的空间相干长度和通信距离对通信链路的性能影响.计算结果表明,在相同的大气湍流条件和传输距离下,随着部分相干光的空间相干长度的减小,系统的误码率和中断概率逐步降低,在平均信噪比为30 dB时,系统的误码率可以达到10-5,中断概率低于10-6;另外,系统的平均信道容量会随着光束相干长度的减小而增加,在信噪比等于12 dB时,平均信道容量达到3.8 b/s·Hz-1.分析结果为部分相干光在湍流大气中实现可靠通信提供了理论依据.

摘要： 从理论和实验两方面对非均匀关联随机电磁光束的产生进行了研究.在理论上基于相位关联与相干度的联系推导出非均匀关联随机电磁光束的2×2交叉谱密度矩阵及相干性分布.理论分析表明,这种非均匀关联随机电磁光束中两点间的相干度不仅和两点间距有关,而且和两点的位置有关.在实验上,利用两个相位型液晶空间光调制器对入射的完全相干光的两个偏振分量分别加载随机相位调制,并测量了随机电磁光束的相干度分布.实验结果表明,光束中间距相等的两点之间的相干度随着两点与光斑中心的距离的增加而减小.实验结果与理论结果一致.这种非均匀关联的随机电磁光束在自由空间光通信和激光微操控等领域具有广阔的应用前景.%Until now, there have been many reports concerning the generation and propagation of partially coherent beams due to their less influencing ability in turbulent atmosphere and random media. Of particular interest, a Gaussian-Schell model beam has been widely chosen as a special example of partially coherent beam, since its spatial coherence degree is dependent on position only through the difference between the two position vectors. In the scalar domain, many coherent models have been well studied such as Gaussian and multi-Gaussian Schell-model sources, Bessel-Gaussian and Laguerre-Gaussian Schell-model sources and so on. Based on the theory for devising genuine cross-spectral density matrices for a stochastic electromagnetic beam, several scalar models have been also extended to the electromagnetic domain. In recent years, the propagation of partially coherent beams with spatially varying and non-uniform correlations has become a hot topic, because of their interesting characteristics such as locally sharpened and laterally shifted intensity maxima. In one of our previous studies, we have experimentally investigated the generation of non-uniformly correlated partially coherent beams. However, to the best of our knowledge, so far, there has been no investigation on the generation of non-uniformly correlated stochastic electromagnetic beams. In this paper, we theoretically and experimentally investigate the generation of non-uniformly correlated stochastic electromagnetic beams. Based on the relation between phase correlation and optical coherence, we investigate the 2 × 2 cross-spectral density matrix and the coherence distribution of the non-uniformly correlated stochastic electromagnetic beam we generated. It is shown that the coherence degree between two points in the generated beam depends not only on the distance between them, but also on the distances between the points and the center of the beam. In experiment, we use the Matlab rand function to generate a random phase pattern with uniform distribution. The modulation magnitudes of different positions are different and follow an inverse Gaussian distribution in position. Dynamic phase patterns are created from a series of random grey-scale images. Two phase-only liquid crystal spatial light modulators are employed to display computer-generated dynamic phase patterns and modulate the two orthogonally polarized components of the incident coherent light, respectively, and generate a stochastic electromagnetic beam. We measure the correlation distribution of the generated beam in Young's two-pinhole experiment. It is shown that the experimental observations are in agreement with our theoretical analyses. Other kinds of non-uniformly correlated stochastic electromagnetic beams can also be obtained by this approach. Non-uniformly correlated stochastic electromagnetic beams may have some applications in optical manipulation and free-space optical communication.

摘要： 基于由旋转的毛玻璃制作的部分相干光源和改装的迈氏干涉仪,搭建一套实验装置,观察了部分相干光的干涉条纹,计算其对比度的空间分布,研究部分相干光的空间相干长度与毛玻璃位置之间的关系;并模拟部分相干光在大气湍流情况下的传输特性,说明部分相干光在远距离大气传输时的稳定性.

摘要： 基于部分相干光(GSM)互强度传播规律研究了部分相干光杨氏双缝干涉光强分布特点.采用数值分析方法研究了干涉条纹光强随狭缝的几何尺寸、观察距离和光束光学参数变化的规律。

摘要： 运用张量方法引入了描写一般部分相干非轴对称高斯-谢尔模(GSM)光束的4×4阶部分相干复曲率张量M,导出了适用于部分相干光传输的张量ABCD定律.利用此定律研究分析了高斯-谢尔模经过薄透镜的聚焦特性.研究表明,聚焦后光斑的大小以及聚焦点位置与部分相干光的横向相干宽度σ,波前曲率等参数有关.部分相干非轴对称高斯-谢尔模光束的聚焦特性还跟扭曲因子密切相关.

摘要： 根据广义的惠更斯-菲涅耳原理，推导了部分相干涡旋光束在湍流介质中传输时光强分布情况的理论公式,详细研究了部分相干涡旋光束在湍流介质中的传输变化规律。研究结果表明,湍流介质的强弱,光源的相干性以及光束所带拓扑电荷数大小均会影响光束传输特性。

摘要： 根据广义的惠更斯-菲涅耳原理，推导了部分相干涡旋光束在湍流介质中传输时光强分布情况的理论公式,详细研究了部分相干涡旋光束在湍流介质中的传输变化规律。研究结果表明,湍流介质的强弱,光源的相干性以及光束所带拓扑电荷数大小均会影响光束传输特性。

摘要： 根据广义的惠更斯-菲涅耳原理，推导了部分相干涡旋光束在湍流介质中传输时光强分布情况的理论公式,详细研究了部分相干涡旋光束在湍流介质中的传输变化规律。研究结果表明,湍流介质的强弱,光源的相干性以及光束所带拓扑电荷数大小均会影响光束传输特性。

摘要： 根据广义的惠更斯-菲涅耳原理，推导了部分相干涡旋光束在湍流介质中传输时光强分布情况的理论公式,详细研究了部分相干涡旋光束在湍流介质中的传输变化规律。研究结果表明,湍流介质的强弱,光源的相干性以及光束所带拓扑电荷数大小均会影响光束传输特性。

摘要： 根据广义的惠更斯-菲涅耳原理，推导了部分相干涡旋光束在湍流介质中传输时光强分布情况的理论公式,详细研究了部分相干涡旋光束在湍流介质中的传输变化规律。研究结果表明,湍流介质的强弱,光源的相干性以及光束所带拓扑电荷数大小均会影响光束传输特性。

摘要： 本文用解析分析和数值计算的方法讨论了波前象差与光束质量的关系,发现波前象差和光束质量有一定的对应关系,并且波前象差对于表征光束的性质有优越性,可以根据波前象差大致求得靶上一定范围内的平均功率密度.

摘要： 本文用解析分析和数值计算的方法讨论了波前象差与光束质量的关系,发现波前象差和光束质量有一定的对应关系,并且波前象差对于表征光束的性质有优越性,可以根据波前象差大致求得靶上一定范围内的平均功率密度.

摘要： 本发明公开了一种基于空间部分相干光的全光深度衍射神经网络系统及方法，包括：转换模块，用于将输入的空间部分相干光信号转换为相干光信号；全光深度衍射神经网络模块，用于对相干光信号进行变换、提取和压缩；信息采集模块，用于接收全光深度衍射神经网络模块的输出信号，并根据输出信号生成空间部分相干光信号的处理结果。该系统可以扩展全光深度衍射神经网络的应用领域，使得全光深度衍射神经网络更好地完成更加复杂的机器学习任务，尤其是能够完成自然场景图像识别处理与计算任务。

摘要： 本发明公开了一种基于模式分解快速产生动态扭曲部分相干光的系统及方法，该系统包括：激光器，用于产生激光；第一计算机，用于将扭曲部分相干光束分解为含权的正交完备的本征基模的叠加形式；并根据扭曲部分相干光分解的本征基模叠加形式、要产生的扭曲部分相干光的具体参数大小以及精确度的要求来确定所需要的本征基模的模式及其权重大小；并加载包含各个本征基模的动态全息图至空间光调制器；空间光调制器，用于接收激光并对激光进行调制，得到动态扭曲部分相干光。本发明需要的模式数少，产生光束耗时更短；只需要更改加载在空间光调制器中的全息图即可实现扭曲部分相干光束的动态调控；模式之间相互正交，不会产生额外的交叉项。

摘要： 本发明公开了一种基于部分相干光的水下光通信系统平均信道容量确定方法，主要解决现有技术未涉及部分相干高斯光束在海洋中的闪烁指数和平均信道容量问题。其方案是：建立SISO‑UWOC系统,得出平均信噪比；利用高斯谢尔模型、折射率结构常数和闪烁指数表达式，得出部分相干高斯光束在海洋弱湍流下的闪烁指数表达式建立联合信道模型，得出联合信道衰减因子的概率密度函数fh(h)；将、和fh(h)表达式带入到现有的平均信道容量表达式，确定SISO‑UWOC系统的平均信道容量。本发明通过得部分相干高斯光束在海洋弱湍流下的闪烁指数能确定出SISO‑UWOC系统的平均信道容量，可用于单输入单输出水下无线光通信系统。

摘要： 本发明公开了一种实现部分相干光紧聚焦的快速计算方法，该方法包括以下步骤：S10、将部分相干光束展开为多个完全相干子光源，所述多个完全相干子光源之间相互独立；S20、将所述多个完全相干子光源分别通过紧聚焦系统，并利用紧聚焦快速算法得到所述多个完全相干子光源分别对应的紧聚焦光场分布；S30、将得到的多个紧聚焦光场分布进行非相干叠加，得到叠加后的总光场，即为部分相干光束入射情况下的紧聚焦焦场分布。该方法通过将部分相干光入射情况下的矢量衍射积分公式的四重积分形式变成快速傅里叶变换以及求和形式，缩短了计算时间，提高了计算效率，极大提高了部分相干情况下的紧聚焦计算精度，并可以降低计算过程中的失真。

摘要： 本发明提供一种衍射光学元件的设计方法和装置，其中，所述方法包括：S1，叠加待衍射图像在预设距离处的图像光场复振幅和部分相干光源的部分相干光场，获取干涉复振幅；S2，将所述部分相干光场的光强度代入所述干涉复振幅的相位中，获取衍射复振幅；S3，将所述衍射复振幅的相位作为透射率设计所述衍射光学元件。本发明提供的一种衍射光学元件的设计方法和装置，将部分相干光相干部分可编码和调制、非相干部分可平均散斑的特点应用于衍射光学元件设计领域，在实现波前调制的同时减弱光场振幅随机相涨相消的现象，抑制了散斑，增强了图像质量。

摘要： 本发明公开了一种基于空间部分相干光的全光深度衍射神经网络系统及方法，包括：转换模块，用于将输入的空间部分相干光信号转换为相干光信号；全光深度衍射神经网络模块，用于对相干光信号进行变换、提取和压缩；信息采集模块，用于接收全光深度衍射神经网络模块的输出信号，并根据输出信号生成空间部分相干光信号的处理结果。该系统可以扩展全光深度衍射神经网络的应用领域，使得全光深度衍射神经网络更好地完成更加复杂的机器学习任务，尤其是能够完成自然场景图像识别处理与计算任务。

摘要： 本发明公开了一种基于模式分解快速产生动态扭曲部分相干光的系统及方法，该系统包括：激光器，用于产生激光；第一计算机，用于将扭曲部分相干光束分解为含权的正交完备的本征基模的叠加形式；并根据扭曲部分相干光分解的本征基模叠加形式、要产生的扭曲部分相干光的具体参数大小以及精确度的要求来确定所需要的本征基模的模式及其权重大小；并加载包含各个本征基模的动态全息图至空间光调制器；空间光调制器，用于接收激光并对激光进行调制，得到动态扭曲部分相干光。本发明需要的模式数少，产生光束耗时更短；只需要更改加载在空间光调制器中的全息图即可实现扭曲部分相干光束的动态调控；模式之间相互正交，不会产生额外的交叉项。

摘要： 本发明公开了一种基于部分相干光的智能反射面辅助FSO系统误码率计算方法，采用单输入多输出结构和最大比值合并方法，建立适于基于部分相干光单输入多输出智能反射面辅助自由空间光通信系统的传输模型；推导路径损耗，分布大气湍流和瞄准误差联合作用下的智能反射面辅助FSO系统复合信道模型的概率密度函数；利用互补累计分布函数的近似，得到系统平均误码率的闭合表达式；分析不同参数对系统误码性能的影响。该方法相较于传统安装中继节点的解决方案不需要大量的硬件部署，更节能经济地解决了FSO链路非视距传输的问题，同时，相较于完全相干光束，部分相干光有效抑制了大气湍流和瞄准误差，改善了系统性能。

摘要： 本发明公开一种基于部分相干光的圆偏振移位键控光通信系统，包括通信光源、偏振控制器、偏振调制器、四分之一波片、收发共用天线、偏振分光棱镜、空间光调制器、数据处理模块、差分平衡探测器等组成光源空间相干度可自适应控制的圆偏振移位键控光通信系统。根据推导的基于部分相干光的偏振移位键控光通信系统模型，构建以接收光强均值和方差为反馈量的闭环控制系统，实现光源空间相干度的自适应最优控制，克服大气湍流造成的光强闪烁效应，实现圆偏振移位键控光通信系统性能的提高，从而提高恶劣湍流环境下的系统可通率和可靠性。

摘要： 本发明公开了一种基于部分相干光的水下光通信系统平均信道容量确定方法，主要解决现有技术未涉及部分相干高斯光束在海洋中的闪烁指数和平均信道容量问题。其方案是：建立SISO‑UWOC系统,得出平均信噪比；利用高斯谢尔模型、折射率结构常数和闪烁指数表达式，得出部分相干高斯光束在海洋弱湍流下的闪烁指数表达式建立联合信道模型，得出联合信道衰减因子的概率密度函数fh(h)；将、和fh(h)表达式带入到现有的平均信道容量表达式，确定SISO‑UWOC系统的平均信道容量。本发明通过得部分相干高斯光束在海洋弱湍流下的闪烁指数能确定出SISO‑UWOC系统的平均信道容量，可用于单输入单输出水下无线光通信系统。