基于随机输入的束匀滑位相板研究

根据随机畸变激光波前入射确定束匀滑位相板的模型,利用随机理论分析了光束通过位相屏后的传输特性、透射光远场分布的统计均值和方差.通过计算得知远场分布的方差与位相屏的傅里叶谱的平方成正比.利用数值模拟计算了随机生成的两个波前分别通过两个位相屏后的远场分布,模拟结果证实了位相屏用于随机相位畸变激光束匀滑的可行性,并显示了匀滑效果.     

基于随机输入的束匀滑位相板研究

根据随机畸变激光波前入射确定束匀滑位相板的模型,利用随机理论分析了光束通过位相屏后的传输特性、透射光远场分布的统计均值和方差.通过计算得知远场分布的方差与位相屏的傅里叶谱的平方成正比.利用数值模拟计算了随机生成的两个波前分别通过两个位相屏后的远场分布,模拟结果证实了位相屏用于随机相位畸变激光束匀滑的可行性,并显示了匀滑效果.     

光的相干和偏振的相关研究进展

相干和偏振是统计光学体系中紧密联系的两个方面,对激光的传输性质有重要的影响。介绍了相干偏振的基本理论,尤其是以交叉谱密度矩阵为基础的相干和偏振的统一理论。分析介绍了当前该领域的研究热点:偏振特性的传输变化、部分相干光散射理论、谱交叉偏振度(SDCP)和三维随机电磁光束。对相干偏振理论的相关问题进行了总结和展望。     

非均匀关联径向偏振部分相干光的产生

从理论和实验两方面对非均匀关联径向偏振部分相干光的产生进行了研究.理论上,基于相位关联与相干度的联系,推导出了非均匀关联径向偏振部分相干光的2×2阶交叉谱密度矩阵及相干度分布.实验上,利用一个相位型液晶空间光调制器的不同区域,对入射的完全相干的径向偏振光的两个正交偏振分量分别加载随机相位调制,并实验测量了这种光束的相干度分布及其对光强分布的影响.实验结果验证了光束相干度的非均匀关联结构,并且通过改变随机相位的高斯调制半宽可以改变光束的相干性分布.研究表明,随着随机相位的高斯调制半宽的增加,光束中两点间的相干度逐渐减小,其光强分布由圆环状逐渐变化为类平顶的光强分布.这种非均匀关联的径向偏振部分相干光在激光微操纵和材料加工等领域具有一定的潜在应用价值.     

湍流大气中斜程传输光场的相位特性

运用功率谱反演法对斜程传输大气湍流扰动相位屏进行了数值模拟。通过建立激光束初始畸变相位模型,从波前峰谷值和波前功率谱密度函数两个方面,对激光束通过大气湍流后的相位特性进行了研究,重点分析了湍流传输距离和天顶角对激光束波前相位分布的影响。研究结果表明:激光束在湍流大气斜程传输后,其波前相位会发生明显畸变,且空间高频相位较低频相位所占比例明显增加;通过湍流后的波前相位与传输距离及天顶角密切相关,传输距离越长,天顶角越大,相位畸变程度越大,高频相位所占比例越多。     

部分相干光在大气湍流中的到达角起伏

研究了部分相干高斯谢尔光束在大气湍流中的到达角起伏.主要采用湍流内外尺度的修正Von Karmon谱模型及广义惠更斯-菲涅尔原理和交叉谱密度函数推导出了部分相干光在大气湍流中的到达角起伏表达式.对比分析了湍流内外尺度、湍流强度、传输距离、源相干参数以及波长等参数对部分相干光在大气湍流水平路径上传输时的到达角起伏的影响.结果表明:随着传输距离的增加,到达角起伏越来越小;随着大气湍流内外尺度和源相干参数的增加,到达角起伏也越来越大;与部分相干光相比,完全相干光的到达角起伏受湍流影响很小;随着波长和湍流强度的减小,到达角起伏越来越小.     

部分相干光束照射的透镜轴棱锥获得均匀焦线

从部分相干光的交叉谱密度函数传输公式出发,推导了高斯谢尔模型(GSM)光束被球差透镜衍射后轴上光强分布的解析公式,并进行了数值模拟和物理分析。结果表明,具有一定束腰宽度和空间相干度的GSM光束经过负球差透镜聚焦后,可以获得轴上光强的均匀分布。通过改变GSM光束的束腰宽度和空间相干度来实现轴上光强均匀分布的方法很简单,转换效率高。     

海洋湍流随机相位屏模型

提出一种海洋湍流随机相位屏模型。以海水折射率波动谱为基础,通过功率谱反演法将海洋湍流引起海水介质的折射率变化对传输光束产生的影响等效为随机相位屏对光束的影响,并利用相位结构函数和轨道角动量光束在海洋湍流中的传输特性验证该模型的有效性。研究结果表明:在光束折射率偏移量较小时,由随机相位屏模型获得的相位结构函数仿真值与理论值可较好地吻合;由随机相位屏模型获得的轨道角动量光束传输特性也与理论分析结果相一致。     

径向部分相干光束在各向异性非Kolmogorov湍流中的传输

具有中心对称相干度分布的非均匀部分相干光,即径向部分相干光束(RPCB),可以有效降低大气湍流引起的光束闪烁,改善接收质量。应用波动光学仿真方法,比较研究了相干高斯光束、高斯谢尔模光束和具有凸型高斯型、超高斯型相干度分布的径向部分相干光束在各向异性的非Kolmogorov湍流中的传输特性,从远场光强分布和孔径平均闪烁指数等方面分析了湍流的各向异性参数和非Kolmogorov功率谱指数对远场光束质量的影响。仿真结果显示,光束的接收质量随功率谱指数的增大而持续劣化;同时,各向异性湍流会导致远场光斑呈椭圆形分布,因而在接收端使用等面积的椭圆接收孔径替代圆形孔径,可以显著降低接收机的孔径平均闪烁指数。总体而言,径向部分相干光束在各向异性非Kolmogorov湍流中,特别是在接收孔径较小的情况下,具有优于完全相干光和高斯谢尔模光束的传输性质。     

光谱开关与多色光场的奇点光学效应

推导出多色高斯光束和高斯-谢尔模型光束通过杨氏实验双缝传输的谱强度公式.对完全空间相干光和部分空间相干光照明杨氏实验装置出现的光谱开关作了详细研究,并判断其是否属于奇点光学效应. 结果表明：多色场奇点光学效应的判据应当是光谱开关出现时的谱强度极小值S_min=0,而不是总光强极小值I_min=0. 当用多色高斯-谢尔模型光束照明杨氏实验装置时,在近场和远场产生的光谱开关都不属于奇点光学效应. 当用多色高斯光束照明杨氏实验装置时,只有远场产 关键词： 光谱开关 奇点光学效应 完全相干和部分相干 多色光场     

Effect of a turbulent medium on the near- and far-field diffraction of a circular aperture

The near- and far-field diffraction due to a circular aperture illuminated with partially coherent light produced by a turbulent medium has been theoretically studied. Formulations are developed for investigating the near- and far-field diffraction patterns. The phase structure function, which is generated by the turbulent medium and determines the partially coherent condition of a light beam passing through it, is assumed to take both the Gaussian form and the 5/3-power law. Numerical results concerning the far-field intensity distribution and the axial intensity distribution in the near-field region are presented in diagrams and discussed.     

高斯-谢尔模光束通过光栅的远场特性

针对现代激光系统中使用的衍射光学元件,以高斯-谢尔模光束为研究对象,分析了部分相干光通过光栅后的远场特性。利用部分相干光的标量传播公式,对不同束腰宽度、相关长度和相干长度的高斯-谢尔模光束经光栅后的传输特性进行了数值计算,得到了多种情况下光束的远场强度分布。     

Propagating a partially coherent radially polarized beam through aligned and misaligned ABCD optical systems

In the present work the propagation of a partially coherent radially polarized beam through aligned and misaligned ABCD optical systems is discussed. The elements of the beam coherence-polarization matrix for a partially coherent radially polarized beam propagating through these systems are derived for the first time. Using the derived analytical results the intensity distribution of the focused partially coherent radially polarized beam after a low-NA lens is investigated. It is shown that the coherence of the light source affects the beam intensity profile at the focal plane significantly, while for the given coherence of the light source the focal length of the used lens does not affect the beam intensity profile at the focal plane. This is consistent with the case of a partially coherent Hermite-Gaussian beam, as expected.     

部分相干光与相干光在湍流中的传输特性实验研究

相干光经湍流传输引起光强闪烁效应,理论研究表明利用部分相干光可降低该影响,而相关的实验验证鲜有报道。利用水介质的对流湍流池模拟产生了Rytov方差为0.04~0.16的湍流,进行了弱起伏区湍流中部分相干光及相干光的传输实验,由接收光强计算出其光强闪烁指数随湍流Rytov方差的变化关系。实验结果表明:随着湍流强度的增加,部分相干光与相干光的闪烁效应均增强,但部分相干光的闪烁指数小于相干光。将实验数据与Andrews等人建立的闪烁指数理论模型进行比较,得出了较为一致的结论。     

The directionality of partially coherent beams expressed in terms of the far-field divergence angle and of the far-field radiant intensity distribution

Taking the partially coherent cosh-Gaussian beam (ChG) as an illustrative example, the far-field divergence angle and directionality of partially coherent beams are studied. There are three competing physical mechanisms, i.e., the spatial coherence, diffraction and decentration, which affect the far-field divergence angle of partially coherent ChG beams. Two partially coherent ChG beams may generate the same far-field divergence angle, and partially coherent ChG beams may also have the same far-field divergence angle as a fully coherent ChG beam or as a fully coherent Gaussian laser beam if the three physical mechanisms are appropriately balanced. The consistency of the directionality of partially coherent beams expressed in terms of the far-field divergence angle and in terms of the far-field radiant intensity distribution is examined. Generally, two partially coherent beams with the same far-field divergence angle have not certainly the same far-field radiant intensity distribution. However, under certain conditions, it is possible to achieve the consistency of the directionality expressed in terms of the far-field divergence angle and of the normalized far-field radiant intensity distribution.     

激光器的部分相干性对光纤激光器阵列相干合成远场图样的影响

考虑光纤激光器阵列相干合成的远场分布时，一般都认为单个激光器的输出光束是理想的高斯光束，实际上受各种因素的影响，一般激光器的输出光束都是一部分相干光.从部分相干光的高斯-谢尔模型出发，首次推导出了当单个激光器的输出光束是部分相干光时，激光器阵列相干合成的远场光强分布模型，并给出了数值模拟计算结果. 关键词： 光纤激光器阵列 相干合成 部分相干光     

Partially coherent sources which produce the same far-field intensity distribution as a laser

It is shown that certain partially coherent model sources whose intensity distribution and degree of coherence are both gaussian will generate the same far-field intensity distributions as a completely coherent laser source.     

部分相干厄米-高斯列阵光束通过湍流大气传输的方向性

推导出了部分相干厄米-高斯(H-G)列阵光束通过湍流大气传输的二阶矩束宽和远场发散角的解析公式。采用远场发散角作为光束方向性的评价参数,研究了部分相干H-G列阵光束通过湍流大气传输的方向性。研究表明:在一定条件下,部分相干H-G列阵光束与对应的高斯光束不论在自由空间还是湍流大气中均具有相同的方向性。此外,进一步研究发现,在自由空间中,由远场发散角和归一化远场平均光强分布所表征的部分相干H-G列阵光束的方向性是不一致的,但湍流可以使得两种描述相一致。这一结论与高斯-谢尔模型(GSM)列阵光束的相关结论存在差异。在自由空间中,与高斯光束具有相同远场发散角的非相干合成的GSM列阵光束与对应的高斯光束具有相同的归一化远场光强分布。     

固体激光器光束合成特性分析

光束合成是研制高功率、高光束质量固体激光器的必由途径.建立板条介质固体激光器阵列光束合成的理论模型,从子束间距、整体相位差、偏振态、随机像差等方面,分析了合成光束的远场特性.通过数值模拟可以看到,子束间距决定了合成光束远场光斑的衍射旁瓣的大小和多少;子束间整体相位差决定着合成光束远场中心光斑是否分离,并影响着峰值光强和...     

随机高斯型相位板的束匀滑特性

 针对激光系统对光束匀滑的需求,设计了高斯型连续相位板,并对其远场特性进行了研究。分别计算了相干长度为39,30,10和3 mm的高斯相位板远场光斑分布,结果显示相位板自身相关长度是决定远场能量分布的重要因素,当相干长度大于10 mm时,由于不满足各态历经条件,远场光斑分布能量分散。当相干长度小于10 mm后,由于满足各态历经条件,远场光斑能量将接近理想的高斯分布特性。通过数值计算模拟了相干长度为3 mm的连续相位板对畸变光束进行匀滑处理的过程,演示了束匀滑处理结果。通过比较匀滑前后远场光斑的能量分布,显示了畸变光束通过连续相位板后远场光斑能量分布变化情况,通过相位板后,光斑形状明显接近理想高斯分布情况。