強(qiáng)激光在非線性介質(zhì)中傳輸時(shí)會(huì)發(fā)生自聚焦效應(yīng),從而影響光束的傳輸特性與質(zhì)量。實(shí)際情況中,總是會(huì)遇到部分相干光（PCBs）,并且光束空間相干性與自聚焦效應(yīng)有關(guān)。因此研究PCBs在非線性介質(zhì)中的傳輸是有必要的。此外,自聚焦效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)發(fā)生光學(xué)損傷。之前關(guān)于非線性介質(zhì)中準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)（QSS）自聚焦的研究?jī)H局限于完全相干脈沖光。因此研究部分相干脈沖光（PCLPs）的QSS自聚焦理論是非常有意義的。另一方面,地基激光空間碎片清除將受衍射和大氣自聚焦效應(yīng)的影響,而光束空間相干性與這兩種效應(yīng)有關(guān)。因此研究光束空間相干性對(duì)地基激光清除空間碎片的影響是十分重要的。本論文主要研究了光束空間相干性對(duì)激光在非線性介質(zhì)中傳輸自聚焦效應(yīng)的影響,具體研究工作包括:1、研究了PCBs在非線性介質(zhì)中的傳輸特性。推導(dǎo)出了PCBs在非線性介質(zhì)中的解析傳輸公式（如:束寬、空間相干長(zhǎng)度、曲率半徑）,以及反轉(zhuǎn)相干距離、自陷相干長(zhǎng)度、瑞利長(zhǎng)度、遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角和M ²因子等光束參量的解析公式。研究表明:當(dāng)傳輸距離大于反轉(zhuǎn)相干距離時(shí),自散焦情況下的光束空間相干性要優(yōu)于自聚焦情況下的。并且,最優(yōu)化光束應(yīng)涉及光束空間相干性和準(zhǔn)... 

【文章來(lái)源】：四川師范大學(xué)四川省

【文章頁(yè)數(shù)】：66 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

高斯光束在非線性介質(zhì)中，(a)自散焦介質(zhì)；(b)自聚焦介質(zhì)

四川師范大學(xué)碩士學(xué)位論文36果非常吻合，表明了本章中推導(dǎo)得到的傳輸公式是正確的。因此，圖5.2-5.9的計(jì)算結(jié)果都是由本章的解析公式得到的。圖5.1束寬隨傳輸距離的變化曲線，實(shí)線：公式(5.1.7)；圓圈：數(shù)值模擬。5.2焦距5.2.1實(shí)際焦距光的衍射和自聚焦效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致光束發(fā)生焦移。定義光束在傳輸過(guò)程中的最小束寬處為實(shí)際焦點(diǎn)，則實(shí)際焦距f為地面到實(shí)際焦點(diǎn)的距離。圖5.2(a)為不同σ0時(shí)光束寬度w(z)隨傳輸距離z的變化曲線，圖5.2(b)為不同P時(shí)光束寬度w(z)隨傳輸距離z的變化曲線。圖5.2(a)中虛線和實(shí)線分別表示自由空間中線性傳播和大氣中非線性傳播的結(jié)果。由圖5.2可知，實(shí)際焦點(diǎn)將遠(yuǎn)離碎片目標(biāo)，并且f隨著σ0增加(如圖5.2(a)所示)或P降低(如圖5.2(b)所示)而增加。研究表明，碎片目標(biāo)處的光束束寬隨著σ0的增加或P的減小而減小，其物理解釋如下。光的衍射和大氣自聚焦作用會(huì)引起焦移。眾所周知，衍射作用隨σ0減小而增大，但自聚焦作用隨著σ0增大而增大。因此，在自由空間中，焦移隨σ0的減少而增大(見(jiàn)圖5.2(a)中的虛線)。然而，在大氣中，焦移是由衍射和自聚焦作用共同引起的。由于自聚焦作用，焦點(diǎn)變化量Δ隨著σ0的增大而增大(如圖5.2(a)所示)。此外，隨著σ0的變化，由衍射作用引起的焦移要比由自聚焦作用引起的焦移大得多(如圖5.2(a)所示)。因此，f隨著σ0的增加而增加，即，當(dāng)σ0減小時(shí)，實(shí)際焦點(diǎn)遠(yuǎn)離碎片目標(biāo)。另一方面，當(dāng)σ0一定時(shí)，即衍射作用引起的焦移一定，但自聚焦作用引起的焦移會(huì)隨P的增加而增加。因此，f隨P的減小而增大，即，隨著P的增大，實(shí)際焦點(diǎn)離碎片目標(biāo)越來(lái)越遠(yuǎn)(如圖5.2(b)所示)。

5光束空間相干性對(duì)激光空間碎片清除的影響37圖5.2光束寬度w隨傳輸距離z的變化曲線(a)σ0不同時(shí)；(b)P不同時(shí)。虛線：在自由空間中的線性傳輸；實(shí)線：在大氣中的非線性傳輸。實(shí)際焦距f可由光束束寬對(duì)傳輸距離的一階導(dǎo)數(shù)確定，即dw(z)/dz=0。由式(5.1.7)可以得到實(shí)際焦距f的解析式為2202220111(),11()RRRRhFzzfhFzz=+(5.2.1)其中，h<<F，1h/F≈1。由式(5.2.1)可以得到f<F=L，即，實(shí)際焦點(diǎn)位于碎片目標(biāo)之前。由式(5.2.1)和(5.1.10)可得，光束束寬最小值wmin的解析式為22022min22021.11RRRhwzwhzFz+=+(5.2.2)當(dāng)σ0→∞時(shí)，式(5.1.2)和(5.2.2)可以簡(jiǎn)化為完全相干高斯光束的相應(yīng)公式。5.2.2修正透鏡焦距從5.2.1節(jié)可知，由于衍射和自聚焦作用，GSM光束的實(shí)際焦點(diǎn)將位于碎片目標(biāo)之前(即，f＜L)，這對(duì)清除空間碎片是不利的。在參考文獻(xiàn)[39]中，Rubenchik等人定性地提出初始光束預(yù)散焦可以補(bǔ)償完全相干高斯光束的自聚焦效應(yīng)帶來(lái)的不利影響。為了將PCBs的實(shí)際焦點(diǎn)移到碎片目標(biāo)，本節(jié)推導(dǎo)了修正透鏡焦距。對(duì)于GSM光束，令式(5.2.1)中的f=L，可以得到修正透鏡焦距的表達(dá)式為

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]關(guān)聯(lián)成像及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 蔡陽(yáng)健.  四川師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(06)
[2]湍流作用下地基激光清除空間碎片的影響規(guī)律[J]. 溫泉,馬賽,楊麗薇,趙尚弘,方英武,王軼,丁西峰,林濤.  激光與紅外. 2017(03)
[3]用于空間碎片清除的高功率激光器(英文)[J]. APOLLONOV V V.  中國(guó)光學(xué). 2013(02)
[4]高斯-謝爾模型光束通過(guò)非線性介質(zhì)后的光強(qiáng)分布[J]. 亓紅群,蒲繼雄,劉永欣,石麗芬.  華僑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2008(03)



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