特殊关联部分相干光研究进展.pdf

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特殊关联部分相干光研究进展量子电子学报周正兰茉，旎7，屈军．，文章编号：．．，唬琗第卷第年痡．．安徽师范大学物理与电子信息学院，安徽芜湖；泄蒲г何靼补庋Ь芑笛芯克蔡庋в牍庾蛹际豕抑氐闶笛槭遥挛魑靼泄蒲г捍笱В本不绽砉ご笱Яρв牍獾缥锢硌г海不栈茨摘要：光束在大气湍流中传输时，可通过调节部分相干光束的空间关联结构实现传输性质的调控。在总结特殊关联部分相干光束大气湍流传输相关基本理论的基础上，分别介绍了特殊关联部分相干光束的产生方法以及空间关联结构的测量方法，讨论了特殊关联部分相干光束在大气中传输所产生的物理效应，对于激光大气传输有一定的参考价值。关键词：大气光学：特殊关联部分相干光束；空间关联结构；传输特性中图分类号：，文献标识码：琗痑，，：．，篴籹珹，，；籶基金项目：易匀豢蒲Щ穑，不帐∽匀豢蒲Щ穑作者简介：周正兰，女，安徽铜陵人，研究生，主要从事激光大气传输方面的研究。苐．导师简介：屈军’安徽潜山人，博士，教授，博士生导师，主要从事光场调控与激光传输方面的研究。：．收稿日期：；修改日期：—ㄐ抛髡摺．；，，’，珹
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特殊关联部分相干光的构建理论引言激光在大气中传输有着重要的应用，大气的温度、湿度、压强和风速等常规气象参数一直处于动态变化中【，激光通过大气湍流时会受到大气分子和气溶胶的吸收和散射，出现光强闪烁、光束拓展、光束漂移、以及空间相干性退化等效应【俊９馇可了富峤档徒邮招旁氡龋馐卣够崾共糠中藕哦JВ馐移会降低信号强度，空间相干性退化会影响激光外差探测的效率【俊早期大气中传输所选择的光束多为完全相干光，自从【】提出利用互相干函数和交叉谱密度疵枋龉獬≈腥我饬降慵涞绯≌穸墓亓3潭纫岳矗糠窒喔晒獯笃涞难芯坎殴惴嚎展。年隩】提出部分相干光在大气湍流中传输的互相关函数概念，讨论了光束相干长度对光强分布的影响；随后痥等【吭诨ハ喙睾幕∩希岷霞负喂庋Хǖ玫讲糠窒喔晒庠诠学成像系统中的光束漂移；取炕诓糠窒喔晒庥胪耆喔晒獾腃函数，理论研究了这两种矩阵推导了部分相干腃，得到部分相干诖笃械拇涮匦杂牍馐资拖喔沙度密切相关的结论；】基于广义惠更斯．菲涅耳原理与维格纳函数的二阶矩理论从理论上研究了部分相干光在大气湍流中的传输特性，之后又从实验上探究了部分相干光在大气湍流中的角度发散和光强闪烁规律。以上的研究结果表明与相干光束相比，部分相干光束在实际应用中具有更为独特的优势，随着相干性的降低，部分相干光束的散斑效应减弱，具有更均匀的光强分布【辉谧杂煽占涔馔ㄐ胖校捎效提高信噪比、降低误码率【部分相干光的研究基于高斯谢尔模涔馇亢拖喔尚苑植季8咚剐汀Ｌ厥夤亓2糠窒喔晒最早为年取刻岢龅谋慈亓=峁沟男欢９馐霉馐诖笃牧髦写渚哂形扪苌涮性，并且在远场处能够产生空心光强分布；年，等岢隽斯菇ň哂刑厥饪占涔亓=峁沟谋量部分相干光束的充分条件，并将其推广到了矢量模型。此后学者们对部分相干光的空间关联结构的调控进行了大量研究，提出了一系列具有特殊关联结构的部分相干光束模型，其中包括非均匀关联⒂嘞腋咚构亓P欢馐、完美厄米．高斯关联谢尔模光束【电磁多高斯关联谢尔模馐、厄米．高斯关联谢尔模馐鳾等。根据特殊关联结构的部分相干光束在远场处所呈现的光强分布，可归纳为部分相干中空光束、平顶光束、涡旋光束、阵列光束以及非对称光强分布部分相干光。具有特殊关联空间结构的部分相干光束的源相干度由一个特定的函数进行调制，在传输过程中表现出自分裂、自聚焦、自漂移、自整形等独特的传输特性【喽杂诖矴光束，特殊关联部分相干光束在克服湍流负效应方面有明显的优势，能够改善激光束在大气湍流中的传输质量。鉴于此，本文在总结特殊关联部分相干光束在大气湍流中传输的相关基本理论的基础上，介绍了具有中空光强分布、阵列光强分布、特殊光强分布这三种类型特殊关联部分相干光的理论模型，分析了这三种类型光束在大气湍流中的传输特性。同时介绍了特殊关联部分相干光束的实验产生方法与测量空间关联结构的方法。为研究特殊关联部分相干光在大气中的传输特性，引入刻厥夤亓2糠窒喔晒獾墓菇ɡ砺邸光在大气湍流中长距离传输后的光强分布；和】提出部分相干平顶高斯光束哪Ｐ停光束【量子电子学报卷
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州：，瑀：舗吲痳腄，，％琹或，位，郝工，，，，≥琍拶≥琾。，籌，．，【砌礍，炜瑅，ぃ，；卢ぃ，式中风和马为任意核心函数。杀硎疚通过选择合适的风、马和函数，可以构建出特殊关联的部分相干矢量光束。标量部分相干光的构建标量部分相干光的捎霉獬≈辛降愕牡绯≈涞墓亓:硎疚式中表示系综平均，硎敬怪庇诖浞较蛏系牡绯。表示复共轭，，表示电场中某一点的位置矢量，式中为非负函数，选取核心函数式中丁为振幅函数，为矢量函数。通过选取能够进行傅里叶变换的非负函数，便可以构建出特殊关联部分相干光束，此时光束的，【籫】，此种情况下，空间关联函数的部分相干光束