部分相干光光束的振荡自陷特性

用互相干函数法研究了圆形横截面的部分相干光光束在光折变晶体中的自陷行为.光束的初态及材料的非线性决定了光束自陷的变化形式,导出空间周期表达式,获得了光束相干半径的解析表达式,发现部分相干光光束的相干特性会随传播距离发生周期性的演化,并将圆形光束的讨论结果扩展到椭圆形光束中. 关键词： 空间孤子 部分相干光光束 相干半径     

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.     

非线性光学

非线性光学概论 O437 2004021036 非相干空间孤子的自陷行为=Self-trapping behavior of incoherent spatial soliton[刊,中]／陈园园(上海大学理学院物理系．上海(200436)),王奇…∥光子学报．—2003,32(6)．—693-697 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。图4参11(严寒) O437 2004021037     

部分相干光在大气湍流中斜程传输路径上的展宽与漂移

基于Andrews和Philips经典漂移方差模型,利用部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中斜程传输的光束扩展半径,推导出考虑外尺度情况时部分相干高斯-谢尔光束斜程情况下的漂移方差表达式,应用随高度变化的大气结构常量模型进行数值计算,对比分析了部分相干光和完全相干光在大气湍流中的展宽和漂移特性.结果表明:相同的传输条件下,部分相干光比完全相干光的光束扩展更迅速,受湍流的影响也更小;初始半径越大,接收机高度越高,光束的扩展效应越小;随着传输距离的增大,光束的质心漂移方差随光束初始半径的增大而减小,不同相干性的光束漂移方差变化很小;完全相干光的光束漂移受波长的影响较小,而部分相干光的波长越长,漂移越明显.     

部分相干同步辐射照射下光栅分数塔尔博特效应

基于高斯谢尔光束的相干模式分解理论和波动光学,建立了部分相干同步辐射硬X射线光束通过光学器件的传播模型。模拟了微聚焦X射线光束照射下光栅的分数塔尔博特效应,得到了聚焦光束的光强分布和相干特性变化,并分析了散焦光束入射下的光栅自成像。然后通过模拟准直光束入射下的光栅塔尔博特效应,得到了不同传播距离处自成像条纹的变化情况,分析了影响光栅自成像条纹形状的因素。通过光栅衍射条纹测量同步辐射相干度,发现对矩形相位光栅来说,应该对衍射图样进行傅里叶分解,求出各级傅里叶系数随传播距离的变化曲线,从而得到入射光束相干特性。     

径向偏振部分相干螺旋贝塞尔光束的模拟研究

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.     

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Kolmogorov大气湍流对径向部分相干阵列光束瑞利区间和湍流距离的影响

基于广义的Huygens-Fresnel原理和非Kolmogorov谱模型,推导了无线光通信系统中径向分布部分相干高斯-谢尔模型阵列光束在非Kolmogorov大气湍流中传输时瑞利区间z_R和湍流距离z_T的解析表达式,对瑞利区间和湍流距离随湍流参量和光束参量的变化情况进行了数值分析.结果表明:不论是相干还是非相干合成,径向分布部分相干高斯-谢尔模型阵列光束的z_R和z_T均随湍流广义指数α的增大非单调变化,当α=3.11时,z_R和z_T取最小值,此时阵列光束扩展最大;相干合成比非相干合成的光束扩展要小,但其受湍流的影响更大;对于相干合成而言,径向分布半径r0越大,合成光束的z_R和z_T就越大,而非相干合成的z_R和z_T不受r0的影响;不论是相干还是非相干合成,阵列子光束数目对合成光束的z_R和z_T没有影响;当光束相干参量β足够小或波长λ足够大时,大气湍流对阵列光束z_R的影响可以忽略.     

1维部分相干光束的Z扫描理论分析

 对使用高斯-谢尔模型光束的Z扫描做了理论分析,研究了光阑半径和空间相干度变化对Z扫描曲线的影响。研究发现：随着光阑半径的变大,Z扫描峰谷透过率之差逐渐减小直至为零,其作用效果与完全相干光一致;随着空间相干度的增加,峰谷透过率之差也逐渐增大,当空间相干度大于某一定值后,峰谷透过率之差达到饱和不变。部分相干光束的Z扫描实验为测量其空间相干度提供了一种可行的方法。     

具有余弦-洛伦兹关联结构函数部分相干高斯光束的聚焦性质

引入一类新的部分相干光束,其谱相干度或关联结构函数具有余弦-洛伦兹的非传统相关函数形式(即非高斯函数形式),这类部分相干光束满足Gori确定的充分条件,是物理上可实现的光束。基于广义惠更斯-菲涅耳衍射的Collins积分公式,获得了余弦-洛伦兹关联结构函数部分相干高斯光束通过近轴ABCD光学系统传输时其交叉谱密度函数的一般解析表达式,并探讨了光束经过薄透镜聚焦时光强分布的演化特性。结果表明:该类光束在合适的参数条件下能呈现自分裂和自整形等奇异传输特性,且这些传输特性与关联结构函数的性质密切相关;这类光束的自分裂和束斑形状变化是由关联结构函数中的不同因子产生的。因此,调控这类部分相干光束的关联结构函数分布可以有效调制其相干长度和非均匀性,从而可操控光束传输行为。该研究结果为实现4个正方形光束提供了可能方案,在工程技术领域具有重要的应用前景。     

Elliptic incoherent solitons in strongly nonlocal media with anisotropic Kerr nonlinearity

The propagation of elliptic incoherent beam in strongly nonlocal media with noninstantaneous anisotropic Kerr nonlinearity is systematically investigated. Using the mutual coherence function approach, we obtain the existence curve of such solitons and an interesting outcome: correlation characteristics of the elliptic incoherent solitons can be anisotropic as well as isotropic. When the existence conditions of solitons are not satisfied, the elliptic incoherent beam will undergo periodic oscillation. Nonstationary evolution behaviors of the elliptic beam are shown in detail by numerical calculation. It is also obtained that the oscillation periods of the beam in x and y direction are different and the elliptic beam will become circular at some propagation distance under special conditions.     

强非局域非线性介质中的非相干孤子研究

本文从一维强非局域非线性模型出发,推导出非相干光满足的非线性薛定谔方程.按照相干密度描述方法,写出非相干光的描述方式,求出了非相干光孤子的形成条件和孤子形式,还得到了相干光和非相干光在强非局域非线性介质中形成孤子的临界功率,结果说明非相干光形成孤子时,需要更高的能量.当非相干光孤子的条件不满足时,非相干光束以呈现振荡行为.空间振荡周期仅与介质、入射的非相干光的光功率有关,而与光源的非相干角功率谱宽度及具体组分无关.同时,我们还数值模拟了这种非相干光束的振荡行为和单一组分、一对组分的非相干强度演化过程.     

Elliptic incoherent accessible solitons in strongly nonlocal media

We study the propagation of elliptic incoherent accessible solitons in strongly nonlocal media with noninstantaneous Kerr nonlinearity. For this soliton to exist, the coherence properties of the incoherent beam should be anisotropic. The total power of the incident beam should also equal to a critical value which depend on the beam width as well as the coherence properties. When initial parameters of the beam do not satisfy the existence conditions, the elliptic incoherent accessible solitons will undergo linear harmonic oscillation in different states. Corresponding properties are studied in detail.     

Spatiotemporal coherence properties of broadband Gaussian Schell-model beams propagating through atmospheric turbulence

The spatiotemporal coherence properties of broadband Gaussian Schell-model (GSM) beams with different spectral bandwidths propagating through atmospheric turbulence are numerically calculated and analyzed. The results show that although the spatial coherence properties of an intermediate-broadband GSM beam almost do not depend on the spectral bandwidth, those of its ultra-broadband counterpart do. The temporal coherence of an ultra-broadband GSM beam not only has radial dependence in the observation plane, but also varies with the increasing propagation distance; however, the same behavior does not hold for an intermediate-broadband GSM beam of which the temporal coherence remains nearly invariable as the radial distance of the observation point or propagation distance changes.     

部分相干平顶光束在梯度折射率介质中的传输特性

利用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分方法,推导出部分相干平顶光束在梯度折射率介质中传输的交叉谱密度函数解析表达式,对部分相干平顶光束在梯度折射率介质中的传输特性进行了分析,并进一步讨论了介质梯度折射率系数、光束阶数以及光束相干性对传输特性的影响.结果表明,部分相干平顶光束在梯度折射率介质中传输时的轴上光强分布呈现周期性变化了,且周期由梯度折射率系数决定,而与光束相干性无关.光束阶数越高、相干性越好、介质梯度折射率系数越大,则在介质中的轴上峰值光强越大.并且,在光强峰值位置附近的光强分布随传输距离的变化非常剧烈.     

Extension of the van Cittert-Zernike theorem for completely polarized incoherent electromagnetic beam propagating through non-Kolmogorov turbulence

Based on the 2 × 2 cross-spectral density matrix, the van Cittert-Zernike extended theorem is developed for the completely polarized incoherent beams propagation through the paraxial non-Kolmogorov turbulence. On the consequence of the extended theorem and the definition of general spectral degree of cross-polarization of a beam, we found that the spectral degree of cross-polarization of the resultant field is independent of the refractive index structure constant of atmospheric turbulence. We investigated the influences of the propagation distance and the distance of two detection points on the degree of coherence and the spectral degree of cross-polarization.     

Propagation Characteristics of a Partially Coherent Gaussian Schell-model Array Vortex Beam in the Joint Turbulence Effect of a Jet Engine and Atmosphere

This work investigates the joint effects of jet engine exhaust-induced turbulence and atmospheric turbulence on the propagation of a partially coherent Gaussian Schell-model Array (GSMA) vortex beam. Using the two-process propagation method, analytical formulae are derived for the cross-spectral density, spectral density, degree of coherence, and beam width of the considered beam. The results show that the considered beam takes different shapes; when the spatial coherence is large, the spectral density of the GSMA vortex beam takes an elliptical shape, whereas when the spatial coherence is smaller, the spectral density remains a Gaussian shape. The evolution profile of the degree of coherence weakens gradually when the propagation distance, topological charge, and turbulence strength increase. Moreover, the profile of the degree of coherence takes the Gaussian profile when the propagation distance is longer or turbulence atmospheric is stronger. Furthermore, the results reveal that the corresponding beam spreads faster with a larger propagation distance, lower spatial coherence, and high-strength turbulence. This study also concludes from the results that the beam is affected more when its propagation is near the jet engine exhaust, which means that this latter has a significant impact.     

非相干多分量空间双稳态孤子

非相干多分量光束在高阶非线性介质中可以形成双稳态孤子.利用相干密度法首次得到了非相干多分量双稳态孤子的解析表达式.介质的高阶非线性决定了双稳态孤子的存在范围和峰值强度.得到了光束的截止波长，最小宽度和介质的非线性条件，并研究了非相干多分量光束中相干分量的传输演化.利用稳定性条件，严格证明了非相干多分量双稳态孤子在介质中可以保持稳定传播. 关键词： 非相干多分量光束 空间孤子 双稳态