非线性光学位相共轭实时补偿大气湍流扰动

利用单色标量光波通过大气湍流的传输理论,在一级玻恩近似下,导出位相共轭波补偿气流扰动的理论,得出在无大气吸收及无限大共轭镜条件下,共轭波可完全补偿大气湍流的结论。实验结果表明,利用受激布里渊散射产生的位相共轭波可得到很好的实时光场恢复。 关键词：     

自适应光学实时大气湍流补偿实验

本文报道了用自适应光学系统实时探测和校正距地面约15m高的340m水平传输通道上的大气湍流效应的实验.实验结果表明,用自适应光学校正后,对点目标和一定扩展度的扩展目标都可提高成像质量.     

完美涡旋光束在大气湍流传输中的螺旋相位谱分析

基于Rytov近似,理论推导了完美涡旋光束（PVB）经过大气湍流水平信道后的螺旋相位谱解析表达式,研究了大气湍流中光束波长、半环宽、发射处轨道角动量（OAM）模态、光束半径、近地面折射率结构常数以及湍流系数对OAM模态探测概率和串扰概率的影响。结果表明：随着发射处OAM模态、传输距离、光束半径、近地面折射率结构常数以及湍流系数的增加,经大气湍流传输后的探测概率下降;随着光束波长的增加,经大气湍流传输后的探测概率增加。此外,PVB在近场的探测概率几乎不随发射处OAM模态变化,而当光束传输到远场时,探测概率随发射处OAM模态变化明显,这是因为PVB传输到远场变成类贝塞尔光束,其光束半径随发射处OAM模态变化明显。     

湍流大气中光束的相位不连续点数密度

基于Rytov近似和几何光学近似条件下,导出了对数振幅导数方差的解析表达式,证明了该参量主要取决于湍流内尺度、Rytov方差以及Fresnel尺寸大小.在此基础上,给出了光束相位不连续点数密度的修正表达式,分析了相位不连续点数密度随上述湍流参量变化的情况.分析表明在Rytov方差小于1的湍流条件下,不连续点数密度数随Rytov方差的增大而增大,而随湍流内尺度和Fresnel尺寸的增大而减小.     

湍流大气传输高斯谢尔光束的到达角起伏

研究了在弱大气湍流起伏环境下以窄带宽高斯谢尔光束为激光光源的大气通信问题,分析了大气湍流强度和光源空间相干度对通信光束到达角起伏的影响.采用窄带宽光场的交叉谱密度函数代替光场互相干函数的近似方法和采用包含大气湍流内外尺度的简化折射率谱密度函数,得出了湍流大气中传输高斯谢尔光束的波结构函数(WSF) 和到达角起伏方差解析近似关系.分析表明,光源的空间相干度和传输光束的湍流扩展是影响高斯谢尔光束的相位起伏结构函数和传输光束到达角起伏的重要因素.     

光纤非相干合成光束在湍流大气中的传输实验研究

进行了六路100 W量级光纤非相干合成光束在实际大气湍流中的传输实验,将六路光斑直径为9 mm的单模光纤光束分别扩束,扩束后的光斑直径为90 mm。基于倾斜镜的合束系统来控制各路光束的指向,在不同强度的湍流条件中,通过主镜口径为440 mm的发射系统水平聚焦传输至470 m处。倾斜控制系统闭环工作时,一倍衍射极限内的桶中功率占目标处总功率的比值是开环工作时的1.7倍左右,随着大气湍流的强度变弱,此比值变大。     

光纤非相干合成光束在湍流大气中的传输实验研究

进行了六路100 W量级光纤非相干合成光束在实际大气湍流中的传输实验,将六路光斑直径为9 mm的单模光纤光束分别扩束,扩束后的光斑直径为90 mm。基于倾斜镜的合束系统来控制各路光束的指向,在不同强度的湍流条件中,通过主镜口径为440 mm的发射系统水平聚焦传输至470 m处。倾斜控制系统闭环工作时,一倍衍射极限内的桶中功率占目标处总功率的比值是开环工作时的1.7倍左右,随着大气湍流的强度变弱,此比值变大。     

基于随机数据元扩张的大气湍流相位屏数值模拟

准确模拟大气湍流相位屏是建立大气湍流数值模型的核心问题。从大气湍流的统计学特性入手,利用大气湍流波前相位结构函数建立了一种新的大气湍流相位屏数值模拟方法,通过随机数据元扩张对大气湍流波前畸变相位分布的尺度随机性和高频分量随机性进行了模拟,并以此为基础通过相位屏近似构建了满足Kolmogorov统计规律的大气湍流数值模型。计算结果表明,随机数据元扩张法生成的相位屏在统计特性上与理论值基本吻合,在低频部分相对于功率谱反演法有明显的提升。同时,随着相位屏网格数的增加,计算结果的高频特性逐渐呈现并逼近理论值。对于由相位屏构建的大气湍流数值模型,在此通过光强闪烁率作为判据进行了验证,结果表明对于弱湍流和中等强度的湍流,模拟结果与理论计算基本相同;对于强湍流则误差较为明显,相对误差最大可达40%。     

湍流大气中激光上行和下行传输时相位奇点的演化

利用激光大气传输四维程序数值模拟了激光在湍流大气中上行和下行传输时产生的相位奇点的变化过程。由模拟结果可知,当光束自地面向空中垂直上行传输时,相位奇点数密度随传输高度的变化有一个从无到有、从快速增加到缓慢增加、达到峰值后又减小的过程;湍流越强,畸变光场中产生的相位奇点数密度越大,达到的峰值越高,且达到峰值后减小的幅度也越大,但达到峰值时对应的传输高度越低;当激光自空中某一位置垂直下行传输时,相位奇点数密度随传输距离的增加有一个从无到有、从缓慢增加到快速增加且在接近地平面处急剧增加的过程。另外,通过对模拟结果的曲线拟合发现,激光在湍流大气中上行传输时产生的相位奇点数密度与传输高度的关系符合黑体辐射公式;当激光在湍流大气中下行传输时,相位奇点数密度随传输距离的增加呈指数增加。     

一种改进的次谐波大气湍流相位屏模拟方法

提出了一种改进的次谐波大气湍流相位屏模拟方法,通过对低频相位屏的采样方式进行设计,能够充分地补偿相位屏中的低频信息.利用该方法对符合Kolmogorov理论的大气湍流相位屏进行数值模拟,并结合相位结构函数和相对误差函数对所提方法的准确性进行验证,分析谐波次数和采样点数对模拟相位屏的影响.此外,还将改进后的次谐波法与经典的功率谱反演法、Zernike多项式法、分形法及改进前的次谐波法进行了对比,结果表明:改进后的次谐波法对应的相位结构函数与Kolmogorov湍流理论值最符合,即利用此方法生成的相位屏最准确.     

Mutually Pumped Phase Conjugation of Three Incoherent Beams with a Novel Photorefractive Crystal

Ｍｕｔｕａｌｌｙ　Ｐｕｍｐｅｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｈｒｅｅ　Ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ｂｅａｍｓ　ｗｉｔｈ　ａ　Ｎｏｖｅｌ　Ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ　ＣｒｙｓｔａｌＭｕｔｕａｌｌｙＰｕｍｐｅｄＰｈａｓｅＣｏｎｊｕｇａｔｉｏ...     

利用谱共轭技术补偿光纤传输信号的失真

分析了谱共轭技术用于补偿光纤色散和非线性的基本原理。通过对超高斯脉冲的数值计算表明,谱共轭技术（SPC）较时域相位共轭技术（TPC）能更好地恢复波形失真。为了弥补SPC不能补偿脉冲内拉曼散射的缺点,提出将SPC和TPC结合使用的方法。将其作用于光孤子串脉冲,不仅进一步优化了整形效果,而且还能有效抑制孤子自频移。     

Photorefractive Multi-Beam Induced Phase Conjugation

We demonstrate the simultaneous phase conjugation of multiple beams incident on the a face of a photorefractive barium titanate crystal. The input beam power, angle and position were set so that no phase conjugation occurs unless a switchable incoherent inducing beam is present on the — c face of the crystal. The use of the inducing technique with two mutually pumped phase conjugations for four input beams, or one self-pumped and one mutually pumped phase conjugation for three input beams can be performed in a crystal. Unlike the setup of conventional phase conjugation, which requires more precise arrangements, the novel setup of the multi-beam induced phase conjugation is relatively relaxed. The mechanism responsible for our discovery is qualitatively explained, and possible applications are mentioned.     

Mechanism for Phase Conjugation Reflections of Two Mutually Coherent Beams from Potassium Sodium Strontium Barium Niobate

ＭｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒＰｈａｓｅＣｏｎｊｕｇａｔｉｏｎＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓｏｆＴｗｏＭｕｔｕａｌｌｙＣｏｈｅｒｅｎｔＢｅａｍｓｆｒｏｍＰｏｔａｓｓｉｕｍＳｏｄｉｕｍＳｔｒｏｎｔｉｕｍＢａｒｉｕｍＮｉｏｂａｔｅ￥ＺＨＡＮＧＬｉａｎｇｍｉｎ；ＺＨＡＮ...     

Coexistence of Self-pumped Phase Conjugation and Mutual-pumped Phase Conjugation in Ce:BaTiO3

Ｓｉｎｃｅｔｈｅｄｉｓｃｏｖｅｒｙｏｆｍｕｔｕａｌｐｕｍｐｅｄｐｈａｓｅｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎｉｎｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｃｒｙｓｔａｌｓ,ａｎｕｍｂｅｒｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｍｕｔｕａｌｐｕｍｐｅｄｐｈａｓｅｃｏｎｊｕｇａｔｏｒｓｈａｖｅｂｅｅｎｆｏｕｎｄ,ｎａｍｅｌｙ,ｔｈｅｄｕａｌｐｈａｓｅｃｏｎｊｕｇａｔｅｍｉｒｒｏｒ(ＰＣＭ)[1],ｂｒｉｄｇｅＰＣＭ[2,3],ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｔｂｅａｍｃｏｕｐｌｅｒ[4],ｂｉｒｄｗｉｎｇＰＣＭ[5],ｆｒｏｇｌｅｇＰＣＭ[6],ｆｉｓｈｈｅａｄＰＣＭ[…     

平顶光束通过湍流大气传输的光谱特性

采用Rytov相位结构函数二次近似的方法,推导出了平顶光束在湍流大气中的光谱传输方程,详细研究了其光谱特性,并给出了合理的物理解释。研究表明,轴上点光谱为蓝移,随着离轴距离的增大,光谱由蓝移逐渐变为红移,轴外点存在多阶光谱跃变现象。随着湍流的增强,光谱位移量和光谱跃变量减小、光谱跃变现象消失。特别分析了平顶光束与高斯谢尔模型(GSM)光束通过湍流大气传输的光谱跃变之间存在的差异。     

大气湍流随机相位差的相关解调算法研究

根据大气光学湍流的光纤干涉测量技术原理及其信号表现形式,针对湍流相位变化的随机性和复杂性,提出了能够实时解调湍流随机相位差的相关解调算法,数值模拟了固定相位差、波形相位差以及符合湍流频谱特征的随机相位差的解调.结果表明,此算法的绝对误差小于10-3,满足湍流测量的要求.该研究为实现光学湍流相位差的动态检测提供了必要的理...     

Improvement of Soliton Communication System with Optical Phase Conjugation

Optical phase conjugation is used to improve soliton communication system cascaded by distributed erbium-doped fibers. The results show that if its periodic length is chosen properly, optical phase conjugation can reduce the radiated energy and the time jitters, postpone the widening of soliton pulse width, also improve the stability of the soliton system.     

Phase Conjugation with Picosecond Pulses in BaTi03

The self-pumped phase conjugate signal of picosecond laser pulses is observed. The width of the incident laser pulses is about 1.5 ps and their repetition rate is 82 MHz. The wavelength of the pulses can be tuned in the range from 710 nm to 850 nm. The pulse character of the conjugate signal is determined by an autocorrelator. The quality of the conjugate pulses is found to be good by the well-known phase distorter method.     

光学相位共轭与四波混频

回顾并论述了光学相位共轭及四波混频技术的发展过程，介绍了四波混频相位共轭的原理、相关的介质材料、应用前景及技术发展趋势。