基于張量方法研究部分相干光和部分偏振光在大氣湍流中的傳輸特性.pdf

1、博士學位倫文基于張量方法研究部分相干和部分偏振光在大氣湍流中的傳輸特性作者:王海燕指導教師:李相銀教授南京理工大學2010年6月博士論文基于張量方法研究部分相干光和部分偏振光在大氣湍流中的傳輸特性摘要光場的相干、偏振和光譜特性是現(xiàn)代光學的重要研究內(nèi)容，對現(xiàn)代光學理論和激光技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本論文采用簡便有效的張量方法避免了大量耗時的積分運算，從部分相干光在大氣湍流中的傳輸理論出發(fā)，深入研究了部分相干光和部分偏振的電磁光束在大氣湍流

2、中的傳輸特性和光譜變化。具體研究內(nèi)容與成果歸納如下:(1)基于空間一頻率域中的交叉譜密度函數(shù)傳輸理論，研究了扭曲的各向異性的高斯一謝爾模型(TAGSM)光束和橢圓高斯光束(EGB)在大氣湍流中傳輸時的頻譜移動特性。通過數(shù)值計算和理論分析表明:不滿足“定標律”的光束在大氣湍流中傳輸時的頻譜移動是由于光束的相千誘導和大氣湍流共同作用引起的通過調(diào)控光源的扭曲參數(shù)、相干特性以及光斑大小，可以調(diào)制光束在大氣湍流種傳輸時的頻譜移動大小以及光譜躍遷位

3、置。所得結(jié)論對光譜實驗和高精度光譜測量具有理論參考價值。部分相千光通過大氣湍流中的光譜變化可望在光互連、光通信等方面獲得應用。從工程應用角度考慮，研究了TAGSM光束的光束參數(shù)、離軸TAGSM光束的離軸參數(shù)在大氣湍流中傳輸時的變換規(guī)律以及具有各種對稱形狀的部分相干的空心光束(DHB)在大氣湍流中的傳輸變換特性。(2)推導了相干合成和非相干合成的徑向分布的部分相干平頂光束(FTB)陣列在大氣湍流中的傳輸時的張量形式的解析表達式，并研究了陣

4、列光束的光強和復相干度模的分布。研究表明:大氣湍流和光束陣列的單元光束之間的相關(guān)性是影響光束陣列傳輸特性的兩大因素由于大氣湍流的影響，陣列光束遠距離傳輸后退化為高斯光束，復相干度模的分布起始于高斯分布，終止于高斯分布，空間相干性會隨著傳輸距離的增大變差。所得結(jié)論對部分空間相干光陣列的大氣傳輸相關(guān)工作有實際應用意義。(3)基于各向異性的隨機電磁高斯一謝爾模型(EGSM)光束，提出了具有扭曲特性的各向異性的隨機電磁高斯一謝爾模型(ETAGS

5、M)光束的數(shù)學一物理模型，基于部分相干偏振統(tǒng)一理論研究了有無光闌限制的隨機電磁光束在大氣湍流中傳輸?shù)墓庾V特性。研究發(fā)現(xiàn):近距離傳輸時，主要受到光闌衍射的作用，遠距離處主要受大氣湍流的作用通過調(diào)制光闌孔徑參數(shù)、光源扭曲參數(shù)以及光源相干性參數(shù)等可以調(diào)制ETAGSM光束在大氣湍流中傳輸時的光譜特性的分布情況。本文通過理論分析所得的研究成果對探索和研究部分相干光和部分偏振光在激光空間技術(shù)中的應用具有重要的理論及應用價值。研究激光在大氣湍流中傳輸