多类激光束通过随机介质及确定性介质的传输特性研究

发布时间：2017-12-25 11:03

本文关键词：多类激光束通过随机介质及确定性介质的传输特性研究　出处：《浙江大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：激光与介质的相互作用是激光物理研究的一项重要课题。近几十年来,由于光通信、军事、医疗诊断以及材料加工等实际应用的需求,光波通过各类介质的传输特性被广泛研究。其中,激光束在大气湍流中的传输特性被大量报道,而海洋湍流作为另一种重要的自然湍流介质,由于其复杂性是一门相对于大气湍流研究较少的领域,直到近期,一种新的海洋湍流模型才被提出。另一方面,过去的几十年中,部分相干光的模型主要局限于关联函数为高斯分布的高斯谢尔模光束。最近,多种具有特殊关联结构的部分相干光源被提出,由于这些新型光源能够产生各种奇异的光强分布以及自分裂、自偏移、自聚焦等特性有巨大的应用前景,吸引了学者们极大的研究热情。在上述背景下,本论文在相干和偏振理论的基础上,研究多种矢量光束、标量阵列光束、涡旋光束以及脉冲光束通过随机介质以及确定性介质的二阶传输特性,并讨论光源关联结构以及介质特性对输出统计特性的影响。本文具体章节安排如下：第一章首先介绍了相关的研究背景,通过梳理激光传输研究的发展趋势和现状,指出本论文的研究目的及意义。接着介绍了涉及的基本理论和方法,包括：互相干函数与交叉谱密度；随机电磁光束的交叉谱密度矩阵；广义衍射理论；激光湍流传输理论；大气湍流与海洋湍流能谱；关联结构函数构建理论。第二章研究了矢量光束通过海洋湍流的传输特性。首先以径向偏振光为例,研究海洋湍流与完全相干光的相互作用,在相干和偏振统一理论和扩展的惠更斯-菲涅尔原理的基础上,推导得到输出平面的交叉谱密度矩阵元,并在此基础上研究光束光谱密度、光谱相干度以及光束质量的演变规律。然后利用张量方法,研究电磁高斯谢尔模光束通过海洋湍流的光谱变化,并讨论湍流参数对光谱移动的影响。最后,我们推广到象散存在的非高斯关联的部分相干光情况,研究了象散非均匀关联光束在扰动海水中的传输特性,在得到输出交叉谱密度矩阵元的基础上,对光束谱密度、光谱偏振度等特性进行分析。第三章研究了标量阵列光束在海洋湍流中的光束扩展区间。以光束均方宽度为基础,讨论了两种结合方式下的一维高斯阵列通过海洋湍流的瑞利区间和两种湍流距离。重点分析阵列参数(如光束个数、间距、子光束宽度)、湍流大小以及结合方式对光束扩展快慢的影响。第四章研究了具有特殊关联结构的涡旋光束在随机介质中的传输特性。以多高斯谢尔模涡旋光束通过non-Kolmogorov大气湍流为例,分析了光源关联结构、涡旋相位、湍流介质三种因素对光谱分布和光谱相干度分布的调控作用。第五章将最新提出的标量sinc谢尔模脉冲推广到矢量领域,得到时域电磁sinc谢尔模脉冲通过色散介质的互相干矩阵元的表达式,并在此基础上研究电磁sinc谢尔模脉冲在色散介质中的时域光强分布和时域偏振度分布情况。着重讨论时间相干长度对光场统计特性的影响。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O357.5;TN24

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