湍流大气中厄米-高斯光束M2因子的变化

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和Wigner分布函数二阶矩的定义,推导出直角坐标系下大气湍流中部分相干光的M2因子传输公式。以厄米-高斯（H-G）光束为例,给出了H-G光束通过大气湍流传输后M2因子的解析表达式,并采用Tatarskii谱,详细讨论了M2因子的主要影响因素。结果表明,M2因子主要由光束的束腰宽度、波长、光束阶数、大气湍流的折射率起伏结构常数和在湍流中传输距离决定。随着光束阶数、折射率起伏结构常数及传输距离的增大,M2因子明显增大,光束阶数越高,湍流对M2因子变化的影响越小。对于给定的传输距离,存在最佳初始束宽,使M2因子最小。     

厄米-双曲正弦-高斯光束的M2因子

从二阶矩的定义出发,给出了一类新光束———厄光双曲正弦高斯(HShG)光束M2因子的解析公式,公式表明HShG光束的M2因子是光束阶数n和参数α的函数.作为本公式的特例,给出了厄光正弦高斯(HSiG)双束、双曲正弦高斯(ShG)光束以及正弦高斯(SiG)光束M2因子的解析公式.对HShG光束的束腰宽度、远场发散角及M2因子做了数值计算,并对所得结果作了分析. 关键词： 厄米-双曲正弦高斯光束 厄米-正弦-高斯(HSiG)光束 M2因子 二阶矩     

厄米-高斯光束在非Kolmogorov大气湍流中的传输性质

基于广义惠更斯-菲涅尔原理和非Kolmogorov(非K)谱,推导出了厄米-高斯光束在非K大气湍流中传输的束宽、角扩展以及M²因子的解析表达式.数值计算表明,在传输距离比较远(如z≥3 km)时,厄米-高斯光束的束宽、角扩展和M²因子随广义指数参量α的增大而增加直到α=3.11时达到最大值后再随α的增大而减小;随湍流的内尺度l₀的减小而增大;随外尺度l₀的增加而增大(3.6<α<4).但是当广义指数参量α在3<α<3.6区间取值时,束宽和M²因子几乎不随外尺度的增加而变化.     

厄米-双曲正弦-高斯光束的M2因子

从二阶矩的定义出发,给出了一类新光束--厄光-双曲正弦-高斯(HShG)光束M2因子的解析公式,公式表明HShG光束的M2因子是光束阶数n和参数α的函数.作为本公式的特例,给出了厄光-正弦-高斯(HSiG)双束、双曲正弦-高斯(ShG)光束以及正弦-高斯(SiG)光束M2因子的解析公式.对HShG光束的束腰宽度、远场发散角及M2因子做了数值计算,并对所得结果作了分析.     

大气湍流对部分相干厄米-高斯光束空间相干性的影响

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,并采用Rytov相位结构函数二次近似,推导出了部分相干厄米-高斯(H-G)光束通过大气湍流传输的光谱相干度公式,研究了湍流对光束的空间相干特性的影响.研究表明,部分相干H-G光束通过大气湍流传输其光谱相干度会出现振荡和相位奇异现象,但随着湍流的增强,振荡减弱,直至振荡和相位奇异现象消失,这一特性与高斯-谢尔模型光束的差异很大.光束的相干参数越小,光束空间相干性受湍流的影响也越小.此外,还研究了光谱相干度二阶矩宽度与光谱强度二阶矩宽度间的关系,得到一些有意义的结果,并给出了合理的 关键词： 部分相干厄米-高斯光束 大气湍流 光谱相干度 二阶矩宽度     

厄米-高斯光束的M2因子矩阵

提出了厄米-高斯光场的M²因子矩阵.引入束半宽平方的交叉项、M²因子的交叉项,理论推导出了在同一坐标系下光场旋转一定角度后的M²因子矩阵,数值模拟了与M²因子矩阵有关的各参数随光场旋转角度变化的规律,给出了光场的M²因子矢量点随光场旋转角度变化的轨迹曲线.计算结果与理论推导结果相符,证实了利用M²因子矩阵可以将旋转前后的二维厄米-高斯光场用旋转矩阵统一起来.该方法可推广到对一般的二维高阶高斯光束的光束质量的理论分析上,具有普适性,对光束质量的实际测量有重要的理论指导意义. 关键词： M²因子矩阵')" href="#">M²因子矩阵 厄米-高斯光束 非对称激光束 矩阵光学     

厄米-高斯光束的M2因子矩阵

提出了厄米-高斯光场的M2因子矩阵.引入束半宽平方的交叉项、M2因子的交叉项,理论推导出了在同一坐标系下光场旋转一定角度后的M2因子矩阵,数值模拟了与M2因子矩阵有关的各参数随光场旋转角度变化的规律,给出了光场的M2因子矢量点随光场旋转角度变化的轨迹曲线.计算结果与理论推导结果相符,证实了利用M2因子矩阵可以将旋转前后的二维厄米-高斯光场用旋转矩阵统一起来.该方法可推广到对一般的二维高阶高斯光束的光束质量的理论分析上,具有普适性,对光束质量的实际测量有重要的理论指导意义.     

厄米-高斯光束在非Kolmogorov大气湍流中的传输性质

基于广义惠更斯-菲涅尔原理和非Kolmogorov(非K)谱,推导出了厄米-高斯光束在非K大气湍流中传输的束宽、角扩展以及M2因子的解析表达式.数值计算表明,在传输距离比较远(如z≥3km)时,厄米-高斯光束的束宽、角扩展和M2因子随广义指数参量α的增大而增加直到α=3.11时达到最大值后再随α的增大而减小;随湍流的内尺度l0的减小而增大;随外尺度L0的增加而增大(3.6α4).但是当广义指数参量α在3α3.6区间取值时,束宽和M2因子几乎不随外尺度的增加而变化.     

海洋湍流中厄米-高斯光束的传输特性研究

研究了海洋湍流中部分相干厄米-高斯光束的传输特性。首先,根据广义惠更斯-菲涅耳原理,建立了海洋湍流中厄米-高斯光束的强度分析模型。然后,推导了海洋湍流中厄米-高斯光束的均方束腰宽、瑞利区间和湍流距离的表达式。最后,对海洋湍流中厄米-高斯光束的均方束腰宽、瑞利区间和湍流距离进行仿真分析。仿真结果表明,均方束腰宽随着均方温度耗散率和温度与盐度相对参数的增大而增加,随着湍流动能耗散率的增大而减小。此外,瑞利区间和湍流距离都随着厄米-高斯光束的阶数的增加而增大。该研究可以为水下光通信研究提供理论依据。     

激光光束传输因子M2的一些问题

本文讨论与M²因子有关的一些问题,指出在近轴近似条件下由光束的二阶强度矩定义的M²因子满足M²≥1,其中只有对基模高斯光束等式才成立.由光束的功率通量值定义的M²因子(M_pc²)有可能小于1,M_pc²的大小取决于所定义的光斑半径内包含的光功率的百分数.通过计算光场的二阶矩,我们获得了轴向相干叠加的高斯光束的M²因子的解析解.     

Changes of propagation characteristic parameters for partially coherent Hermite-Gaussian beams in a turbulent atmosphere

Based on the extended Huygens-Fresnel principle and the definition of second-order moments of the Wigner distribution function (WDF), the analytical formulas for the root-mean-square (rms) spatial and angular widths and the M²-factor of partially coherent Hermite-Gaussian (PCHG) beams propagating through atmospheric turbulence are derived. The major factors affecting on the M²-factor are also discussed in detail. The results show that the rms spatial and angular widths and the M²-factor increase with the propagation distance and the strength of turbulence. However, the relative rms spatial and angular widths and the relative M²-factor of PCHG beams with a higher order, lower coherence and longer wavelength are less affected by the turbulence.     

截断部分相干厄米-高斯光束的广义M_G~2因子

基于广义截断二阶矩法,推导出了截断部分相干厄米-高斯（H-G）光束的广义M2G因子的解析表达式.截断完全相干H-G光束、截断高斯谢尔模型（GSM）光束以及截断高斯光束可以做为本文结果的特例给出.研究表明：截断部分相干H-G光束的广义M2G因子与截断参数δ,模阶数m以及相干参数α有关.当δ非常小时,M2G因子出现奇偶分群现象,即m为奇数的M2G因子互相非常接近,m为偶数的M2G因子互相非常接近,但当δ增大时这种现象逐渐消失.对于截断GSM光束,任意具有不同δ值的M2G因子随α变化的两曲线之间一定存在交叉现象.但是,对于截断部分相干H-G光束的M2G因子,则不一定会发生这种交叉现象.此外,m越大,M2G因子受参数δ的影响越大,可以忽略光阑效应的δ也越大.     

部分相干厄米高斯光束在斜程大气湍流中的扩展

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,推导出部分相干厄米高斯（H-G）光束通过斜程大气湍流传输的均方根束宽和角扩展的解析表达式,并用以研究了传输路径和光束阶数对部分相干H-G光束传输的影响。引入相对束宽和相对角扩展来定量描述光束抗拒大气湍流的能力。结果表明：在相同条件下,部分相干H-G光束斜程传输受大气湍流的影响要小于水平传输,与水平传输相比斜程传输更有利于部分相干光束在大气湍流中的传输,光束阶数越大部分相干H-G光束受大气湍流的影响越小。     

部分相干厄米-高斯光束杨氏实验中的光强分布

将杨氏干涉实验作为双缝衍射现象处理,以部分相干厄米-高斯(H-G)光束为例,研究分析了多模部分相干光的杨氏双缝干涉光强和干涉条纹可见度的空间分布。数值计算说明,多模部分相干光束的空间相干参数、模阶数和缝遮拦比对衍射场中光强的空间分布(干涉花样)都有影响。当多模部分相干光的阶数为奇数时,轴上光强与光束的相干性会出现相消干涉;当多模部分相干光的阶数为偶数时,轴上光强与光束的相干性会出现相长干涉等。     

部分相干平顶光束在增益或损耗介质中传输的M2因子

 根据光束在介质中传输强度二阶矩计算公式,推导出部分相干平顶光束在增益或损耗介质中传输的M2因子解析表达式,并将高斯 谢尔模型光束在增益或损耗介质中的传输作为特例统一于一般表达式中。研究结果表明：部分相干平顶光束在增益或损耗介质中传输时的M2因子与光束传输距离、光束相干长度、光束阶数及介质的特性有关。光束在增益或损耗介质中传输的这种特性为应用和控制光束传输提供了理论依据。     

拉盖尔-高斯光束在湍流大气中的螺旋谱特性

研究了拉盖尔-高斯光束在湍流大气中的传输特性.在利托夫近似下,得到接收孔径处光束的螺旋谱的积分表达式.通过数值仿真得出大气湍流对光束螺旋谱的影响以及光束螺旋谱随各参数值的变化特性.仿真发现大气湍流会使螺旋谱发生弥散.而且随着拓扑荷,接收孔径半径,折射率结构函数及距离的增加,螺旋谱弥散加剧.经拟合得到描述螺旋谱弥散程度的无量纲方差V随距离成6次函数关系;与接收孔径半径及折射率结构函数成二项式关系;而与拓扑荷呈11次多项式关系.最后得出径向指数,束腰半径对螺旋谱的影响非常小,并且根据此结论推出光 关键词： 拉盖尔-高斯光束 大气湍流 螺旋谱 无量纲方差     

截断光束的广义M2因子

使用渐近分析法、广义截断二阶矩法和自收敛束宽法研究了旋转对称截断光束的广义M2因子，分析了这三种方法的物理联系以及如何惟一确定广义M2因子问题，并用数值计算结果做了说明. 关键词： 广义M2因子 渐近分析 广义截断二阶矩法 自收敛束宽