多類激光束通過隨機介質及確定性介質的傳輸特性研究.pdf

1、激光與介質的相互作用是激光物理研究的一項重要課題。近幾十年來，由于光通信、軍事、醫(yī)療診斷以及材料加工等實際應用的需求，光波通過各類介質的傳輸特性被廣泛研究。其中，激光束在大氣湍流中的傳輸特性被大量報道，而海洋湍流作為另一種重要的自然湍流介質，由于其復雜性是一門相對于大氣湍流研究較少的領域，直到近期，一種新的海洋湍流模型才被提出。另一方面，過去的幾十年中，部分相干光的模型主要局限于關聯(lián)函數(shù)為高斯分布的高斯謝爾模光束。最近，多種具有特殊關聯(lián)

2、結構的部分相干光源被提出，由于這些新型光源能夠產生各種奇異的光強分布以及自分裂、自偏移、自聚焦等特性有巨大的應用前景，吸引了學者們極大的研究熱情。在上述背景下，本論文在相干和偏振理論的基礎上，研究多種矢量光束、標量陣列光束、渦旋光束以及脈沖光束通過隨機介質以及確定性介質的二階傳輸特性，并討論光源關聯(lián)結構以及介質特性對輸出統(tǒng)計特性的影響。
　　本文具體章節(jié)安排如下:
　　第一章首先介紹了相關的研究背景，通過梳理激光傳輸研究的發(fā)

3、展趨勢和現(xiàn)狀，指出本論文的研究目的及意義。接著介紹了涉及的基本理論和方法，包括:互相干函數(shù)與交叉譜密度;隨機電磁光束的交叉譜密度矩陣;廣義衍射理論;激光湍流傳輸理論;大氣湍流與海洋湍流能譜;關聯(lián)結構函數(shù)構建理論。
　　第二章研究了矢量光束通過海洋湍流的傳輸特性。首先以徑向偏振光為例，研究海洋湍流與完全相干光的相互作用，在相干和偏振統(tǒng)一理論和擴展的惠更斯一菲涅爾原理的基礎上，推導得到輸出平面的交叉譜密度矩陣元，并在此基礎上研究光束光

4、譜密度、光譜相干度以及光束質量的演變規(guī)律。然后利用張量方法，研究電磁高斯謝爾模光束通過海洋湍流的光譜變化，并討論湍流參數(shù)對光譜移動的影響。最后，我們推廣到象散存在的非高斯關聯(lián)的部分相干光情況，研究了象散非均勻關聯(lián)光束在擾動海水中的傳輸特性，在得到輸出交叉譜密度矩陣元的基礎上，對光束譜密度、光譜偏振度等特性進行分析。
　　第三章研究了標量陣列光束在海洋湍流中的光束擴展區(qū)間。以光束均方寬度為基礎，討論了兩種結合方式下的一維高斯陣列通過

5、海洋湍流的瑞利區(qū)間和兩種湍流距離。重點分析陣列參數(shù)（如光束個數(shù)、間距、子光束寬度）、湍流大小以及結合方式對光束擴展快慢的影響。
　　第四章研究了具有特殊關聯(lián)結構的渦旋光束在隨機介質中的傳輸特性。以多高斯謝爾模渦旋光束通過non-Kolmogorov大氣湍流為例，分析了光源關聯(lián)結構、渦旋相位、湍流介質三種因素對光譜分布和光譜相干度分布的調控作用。
　　第五章將最新提出的標量sinc謝爾模脈沖推廣到矢量領域，得到時域電磁sinc