时空非相干光孤子的传播和相干特性

研究了时空非相干椭圆形高斯光束在饱和对数型非线性介质中的自陷行为,得到了孤子的形成条件并分析了其相干特性,讨论了光束自陷的变化形式,发现光束的初态和材料非线性对其有决定性的影响, 并进一步获得了光束半径和光束相干半径的解析表达式,发现光束的相干特性不但会随传播距离产生周期性的变化,且随组份频率的增大而减弱.     

非均匀部分相干光束在自由空间中的传输

本文介绍了非均匀部分相干光束的概念, 并用数值模拟的方法详细研究了其在自由空间传输后的变化. 研究结果表明, 经过自由空间传输后非均匀部分相干光束会发生不同于传统相干模型光束的显著变化. 这种变化和光束传输距离、光源空间相干度分布、光源光强分布密切相关. 经过传输后, 源平面自相干附近点的空间相干度发生突变, 在短距离传输过程中源平面高相干区域的空间相干度会降低, 接收面各点的空间相干曲线不再相同, 随着传输距离增加, 非均匀空间相干度会逐渐趋于均匀.     

部分相干光对周期性局域空心光束的影响

用旋转毛玻璃和光阑把激光变成部分相干光, 再经过双轴棱锥系统把一束平行光变成两束同频率但不同径向波矢分量的无衍射贝塞尔光, 相干叠加产生了部分相干的周期性局域空心光束. 通过干涉理论与实验结果相互佐证, 得出局域空心光束的周期为2.5 mm. 进一步探究入射光场相干度对产生局域空心光束的影响, 发现随着相干度的降低局域空心光束中心暗斑与周围光强的衬比度会降低, 但不影响局域空心光束的周期以及中心暗斑尺寸.     

部分相干光的张量ABCD定律

运用张量方法引入了描写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-1,导出了适用于部分相干光传输的张量ABCD定律。利用该公式对一般的非轴对称高斯谢尔模光束经过自由空间的传输进行了计算。结果表明 ,部分相干光的张量ABCD定律是处理高斯谢尔模光束传输的一种简单而有效的方法。     

部分偏振部分相干光光栅衍射场的偏振特性和角相关研究

为了研究部分偏振部分相干光光栅衍射场的衍射特性.利用部分偏振部分相干光的光束相干-偏振(BCP)矩阵,推导出了部分偏振部分相干光通过任意偏振光栅后,衍射场的偏振度及场中衍射级次角相关的一般解析表达式.以部分偏振的高斯-谢尔模型光束(PGSM)为例,数值分析了偏振光栅TE和TM波的复振幅透过率、入射光束的光学参量对衍射场偏振度和场中各衍射级次的角相关的影响.计算结果表明,部分相干光透过偏振光栅后的其衍射光场是一非均匀、周期变化的部分偏振相干光场;场中对称级次的角相干值对应相等,且随衍射级次序数的增大而缓慢递减至零.     

多个部分非相干光孤子的相互作用

基于相干密度理论，数值地研究了在饱和对数非线性介质中多个部分非相干光空间孤子之间的相互作用. 数值结果表明，在非相干参量较小情况下，非相干光孤子的相互作用与相干光孤子的相互作用规律较类似. 当非相干参量较大时，强的非相干性模糊了孤子之间的相位关系，孤子间的相互作用主要以非相干相互吸引作用为主. 特别是在非相干参量较大而且孤子初始相对相位差为π的情况下，多个部分非相干光孤子可并行传播形成稳定的阵列孤子. 利用多个非相干光孤子的不同相互作用形态写入各种阵列波导，为实现光控制光、导向光提供了一种可能性. 关键词： 多个部分非相干光空间孤子 空间光孤子的相互作用 相干密度理论 饱和对数非线性     

部分空间非相干光光伏空间孤子

对单色非相干光光伏空间孤子进行了理论研究.发现非相干光光伏空间孤子所满足的微分方程与相干光光伏空间孤子的具有相似性,并可用于近似描述相干距离远小于光束尺寸的部分空间非相干光光伏空间孤子.在Cu:KNSBN晶体中观察到单色光部分空间非相干光光伏空间亮孤子. 关键词： 光伏 部分空间非相干 孤子     

非相干空间孤子的自陷行为

用相干密度法研究了一维非相干光束在饱和对数型光折变介质中的自陷行为,发现在传输过程中孤子的形态可具有稳态和周期性振荡的特点,具体取决于入射光束的初始宽度、相干特性和材料的非线性响应;研究了构成非相干光束的相干组份的传播行为,发现各相干组份的强度和光束宽度沿纵向发生周期性变化,峰值位置沿横向发生周期性变化.另外,利用横向相干宽度研究了非相干光束在各种传输状态下相干特性的变化,从而进一步解释了非相干光束在不同传播状态下的演化特性.     

部分相干椭球光笼

 从理论上研究部分相干光束经透镜聚焦的三维光强分布。研究结果表明,在几何焦点附近的光强分布不仅依赖于入射部分相干光束的光强分布,而且还依赖于入射光束的空间相干度。基于这一点,提出了一种控制部分相干光束的空间相干度,在几何焦点附近获得了类似椭球光笼形状的光强分布的新方法。通过控制入射部分相干光的空间相干度,来改变聚焦在几何焦点附近的三维光强分布,从而获得希望得到的光强分布。     

部分相干椭球光笼

从理论上研究部分相干光束经透镜聚焦的三维光强分布。研究结果表明,在几何焦点附近的光强分布不仅依赖于入射部分相干光束的光强分布,而且还依赖于入射光束的空间相干度。基于这一点,提出了一种控制部分相干光束的空间相干度,在几何焦点附近获得了类似椭球光笼形状的光强分布的新方法。通过控制入射部分相干光的空间相干度,来改变聚焦在几何焦点附近的三维光强分布,从而获得希望得到的光强分布。     

大气湍流对部分相干平顶高斯光束的影响

采用相屏近似处理方法对激光通过湍流大气的传输进行了数值模拟。从数值模拟的结果拟合出两个公式：一是通过湍流前后部分相干平顶高斯光束的束宽平方比随阶数、传输距离和湍流强度的变化关系式;一是通过湍流后的相干长度随初始光束相干长度、湍流相干长度的变化关系式。研究发现：部分相干平顶高斯光束分解为相互独立的厄米-高斯光束的叠加;相干性越差的光束受到湍流的影响程度就越小;湍流对光束传输的影响与光束自身相干特性对其传输的影响之间是不相关的。     

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.     

部分相干平顶光束通过湍流大气传输的等效曲率半径

推导出了部分相干平顶光束在湍流大气中传输的等效曲率半径的解析表达式,详细地研究了湍流对其等效曲率半径的影响.研究表明,湍流使得等效曲率半径R减小,但是只有当湍流足够强时等效曲率半径极小值出现的位置z_min才会改变.在弱湍流中,R随着光束相干长度β的增大而增大;但是在强湍流中,R随着β的增大而减小.R随着光束阶数M(N)的增大而缓慢减小.若β越大、 关键词： 等效曲率半径 湍流 部分相干平顶光束     

部分相干径向偏振光束传输中相干性研究

根据广义惠更斯理论及相干偏振统一理论, 研究部分相干径向偏振光束在自由空间中传输时, 不同参考点处复相干度随传输距离的变化规律. 研究表明, 部分相干径向偏振光束在自由空间中传输, 不同参考点处, 复相干度模值随距离的变化规律有所差别. 当参考点位于原点时, 随着传输距离增大, μ_xx模值及μ_xy模值分布形式不变, 分布范围增大; 当参考点位于x轴上时, μ_xx模值由单峰值向三峰两谷对称形式演化, μ_xy模值由单侧两峰向四峰四谷对称形式演化, 完成演化所需传输距离与参考点距离x轴中心的远近有关, 参考点距离x轴中心越近, 完成演化所需的传输距离越短; 当参考点位于y轴时, 随着距离增大, μ_xx模值分布形式不变, 分布范围增大, μ_xy模值由上侧两峰向四峰四谷对称形式演化, 演化所需传输距离与参考点距y轴中心远近有关, 参考点距y轴中心越近, 完成演化所需的传输距离越短; 当参考点位于其他位置时(非特殊位置), μ_xx模值及μ_xy 模值分布规律, 遵从各自参考点在x轴, y轴上的分布规律的结合即参考点位于其他位置时, μ_xx模值及μ_xy模值分别随距离变化逐渐演化成三峰结构、四峰结构.     

Characteristics of a partially coherent Gaussian Schell-model beam propagating in slanted atmospheric turbulence

On the basis of the extended Huygens-Fresnel principle and the model of the refractive-index structure constant in the atmospheric turbulence proposed by the International Telecommunication Union-Radio Communication Sector,the characteristics of the partially coherent Gaussian Schell-model(GSM) beams propagating in slanted atmospheric turbulence are studied.Using the cross-spectral density function(CSDF),we derive the expressions for the effective beam radius,the spreading angle,and the average intensity.The variance of the angle-of-arrival fluctuation and the wander effect of the GSM beam in the turbulence are calculated numerically.The influences of the coherence degree,the propagation distance,the propagation height,and the waist radius on the propagation characteristics of the partially coherent beams are discussed and compared with those of the fully coherent Gaussian beams.     

Scattering of a general partially coherent beam from a diffuse target in atmospheric turbulence

The second-order and fourth-order statistical moments of the speckle field from a diffuse target in atmospheric turbulence are studied which have great influence on the performance of lidar systems. By expanding a general rotationally symmetric beam as a sum of Gaussian–Schell model(GSM) beams, the mean intensity of the general beam propagating over a distance in an atmospheric turbulence is formulated. Expressions for the degree of coherence(DOC) and the normalized intensity variance of the scattered field of a general beam from a rough surface in turbulence are derived based on the extended Huygens–Fresnel principle. The general expressions reduce to the well-known forms for a GSM beam. Another example for the general beam used in this paper is the collimated flat-topped beam. The results of both kinds of beams show that the intensity profile on the target plane is a key factor affecting the statistical characteristics of the speckle field.A larger beam spot on the target plane induces a smaller coherence length and a smaller normalized intensity variance of the received field. As turbulence gets stronger, the coherence length becomes smaller, and the normalized intensity variance firstly increases and declines to unity finally.     

Fractional Fourier transform for partially coherent beam in spatial-frequency domain

By using Fourier transform and the tensor analysis method, the fractional Fourier transform (FRT) in the spatial-frequency domain for partially coherent beams is derived. Based on the FRT in the spatial-frequency domain, an analytical transform formula is derived for a partially coherent twisted anisotropic Gaussian－Schell model (GSM) beam passing through the FRT system. The connections between the FRT formula and the generalized diffraction integral formulae for partially coherent beams through an aligned optical system and a misaligned optical system in the spatial-frequency domain are discussed, separately. By using the derived formula, the intensity distribution of partially coherent twisted anisotropic GSM beams in the FRT plane are studied in detail. The formula derived provide a convenient tool for analysing and calculating the FRTs of the partially coherent beams in spatial-frequency domain.     

Propagation of a decentered astigmatic partially coherent beam in a turbulent atmosphere

Propagation properties of a decentered general astigmatic partially coherent beam (i.e., decentered twisted anisotropic Gaussian Schell-model beam) in a turbulent atmosphere are investigated. Analytical formulas for the cross-spectral density and decentered parameter of a decentered astigmatic partially coherent beam propagating in a turbulent atmosphere are derived. Irradiance properties of a decentered astigmatic partially coherent beam in a turbulent atmosphere are studied graphically, and are found to be quite different from its properties in free space.