多類激光束通過隨機(jī)介質(zhì)及確定性介質(zhì)的傳輸特性研究.pdf

1、激光與介質(zhì)的相互作用是激光物理研究的一項(xiàng)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(shí)際應(yīng)用的需求，光波通過各類介質(zhì)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(bào)道，而海洋湍流作為另一種重要的自然湍流介質(zhì)，由于其復(fù)雜性是一門相對于大氣湍流研究較少的領(lǐng)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(guān)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(guān)聯(lián)

2、結(jié)構(gòu)的部分相干光源被提出，由于這些新型光源能夠產(chǎn)生各種奇異的光強(qiáng)分布以及自分裂、自偏移、自聚焦等特性有巨大的應(yīng)用前景，吸引了學(xué)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(chǔ)上，研究多種矢量光束、標(biāo)量陣列光束、渦旋光束以及脈沖光束通過隨機(jī)介質(zhì)以及確定性介質(zhì)的二階傳輸特性，并討論光源關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)以及介質(zhì)特性對輸出統(tǒng)計(jì)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(guān)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(jī)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(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)函數(shù)構(gòu)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(kuò)展的惠更斯一菲涅爾原理的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)得到輸出平面的交叉譜密度矩陣元，并在此基礎(chǔ)上研究光束光

4、譜密度、光譜相干度以及光束質(zhì)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(dòng)的影響。最后，我們推廣到象散存在的非高斯關(guān)聯(lián)的部分相干光情況，研究了象散非均勻關(guān)聯(lián)光束在擾動(dòng)海水中的傳輸特性，在得到輸出交叉譜密度矩陣元的基礎(chǔ)上，對光束譜密度、光譜偏振度等特性進(jìn)行分析。
　　第三章研究了標(biāo)量陣列光束在海洋湍流中的光束擴(kuò)展區(qū)間。以光束均方寬度為基礎(chǔ)，討論了兩種結(jié)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(diǎn)分析陣列參數(shù)（如光束個(gè)數(shù)、間距、子光束寬度）、湍流大小以及結(jié)合方式對光束擴(kuò)展快慢的影響。
　　第四章研究了具有特殊關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的渦旋光束在隨機(jī)介質(zhì)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(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)、渦旋相位、湍流介質(zhì)三種因素對光譜分布和光譜相干度分布的調(diào)控作用。
　　第五章將最新提出的標(biāo)量sinc謝爾模脈沖推廣到矢量領(lǐng)域，得到時(shí)域電磁sinc