本文關(guān)鍵詞：基于LCOS的Airy光束陣列生成及其光強(qiáng)閃爍特性的研究　出處：《中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：Airy光束陣列(Airy beam arrays)作為一種新型的無(wú)衍射光源陣列,結(jié)合了Airy光束自身抗波前擾動(dòng)的特性和空間分集技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),能夠有效的抑制大氣湍流造成的光強(qiáng)閃爍效應(yīng),有利于提高自由空間光通信、激光雷達(dá)和激光武器等激光大氣傳輸系統(tǒng)鏈路功率的穩(wěn)定性。本論文基于補(bǔ)償后LCoS(Liquid Crystal on Silicon)的高精度波前模擬,研究了基于Fresnel全息透鏡法生成Airy光束陣列的方法,對(duì)不同閃爍強(qiáng)度下Airy光束陣列的光強(qiáng)閃爍特性,以及Airy光束陣列內(nèi)部光束的相干性對(duì)閃爍抑制效果的影響進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)利用Airy光束陣列的數(shù)學(xué)模型,仿真了4-Airy光束陣列的動(dòng)態(tài)傳輸過(guò)程,研究了Airy光束陣列的光強(qiáng)閃爍特性,采用閃爍因子(Scintillation index)來(lái)評(píng)價(jià)Airy光束陣列光強(qiáng)閃爍的強(qiáng)弱,比較了Airy光束陣列閃爍因子的三種研究方法的優(yōu)缺點(diǎn),確定采用基于LCoS的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)研究Airy光束陣列的光強(qiáng)閃爍效應(yīng)。(2)研究了基于Fresnel全息透鏡法生成Airy光束陣列的改進(jìn)方法,基于補(bǔ)償后的LCoS生成了不同數(shù)目的Airy光束陣列,具體包括:a)從薄透鏡的相位變換原理出發(fā),推導(dǎo)了Fresnel全息透鏡法的相位平面和像平面的光學(xué)變換關(guān)系,證明了像平面的光強(qiáng)是嚴(yán)格的相位平面復(fù)振幅的傅立葉變換的平方;b)仿真研究了像差對(duì)Fresnel全息透鏡法的影響,結(jié)果表明:當(dāng)引入3λ球差時(shí),Airy光束的衍射效果就增大1.9倍,嚴(yán)重影響Airy光束的傳輸軌跡和光強(qiáng)分布。為此,提出了一種改進(jìn)的LCoS相位調(diào)制曲線測(cè)量方法,以此為基礎(chǔ),采用多區(qū)域校正的方式,對(duì)LCoS固有的波前畸變像差進(jìn)行了補(bǔ)償,使LCoS的平面波前模擬精度達(dá)到0.14λ(PV值);c)基于補(bǔ)償后的LCoS,通過(guò)對(duì)Airy光束相位膜片的中心移動(dòng)和整體旋轉(zhuǎn),生成了不同數(shù)目的Airy光束陣列。(3)利用功率譜反演法數(shù)值模擬了湍流相位屏,搭建了能夠模擬強(qiáng)、中、弱閃爍強(qiáng)度的大氣湍流動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng),基于該模擬系統(tǒng),研究了不同閃爍強(qiáng)度下的Airy光束陣列的光強(qiáng)閃爍特性。結(jié)果表明:Airy光束陣列相比單Airy光束光強(qiáng)閃爍抑制效果更好,強(qiáng)、中、弱閃爍情況下,4-Airy光束陣列的閃爍因子分別下降到單Airy光束的46%、29.8%、30%。(4)從部分相干理論出發(fā)研究了相干和非相干Airy光束陣列,通過(guò)擴(kuò)展光源光譜寬度和增加空間光程差的方式,生成了相干和非相干2-Airy光束陣列,研究了Airy光束陣列的光束相干性對(duì)閃爍抑制效果的影響。結(jié)果表明:強(qiáng)、中、弱閃爍情況下,非相干Airy光束陣列的閃爍因子分別下降到相干Airy光束陣列的90%、83%、71%,說(shuō)明降低Airy光束陣列的構(gòu)成光束之間的相干性能進(jìn)一步抑制光強(qiáng)閃爍效應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O43

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9 姚e，

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