發(fā)布時間：2017-12-25 20:20

  本文關鍵詞：基于LCOS的Airy光束陣列生成及其光強閃爍特性的研究　出處：《中國科學院長春光學精密機械與物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： Airy光束陣列 光強閃爍 閃爍因子 液晶空間光調制器 多層相位屏法 復相干度

【摘要】：Airy光束陣列(Airy beam arrays)作為一種新型的無衍射光源陣列,結合了Airy光束自身抗波前擾動的特性和空間分集技術的優(yōu)點,能夠有效的抑制大氣湍流造成的光強閃爍效應,有利于提高自由空間光通信、激光雷達和激光武器等激光大氣傳輸系統鏈路功率的穩(wěn)定性。本論文基于補償后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,對不同閃爍強度下Airy光束陣列的光強閃爍特性,以及Airy光束陣列內部光束的相干性對閃爍抑制效果的影響進行了研究。主要研究內容如下:(1)利用Airy光束陣列的數學模型,仿真了4-Airy光束陣列的動態(tài)傳輸過程,研究了Airy光束陣列的光強閃爍特性,采用閃爍因子(Scintillation index)來評價Airy光束陣列光強閃爍的強弱,比較了Airy光束陣列閃爍因子的三種研究方法的優(yōu)缺點,確定采用基于LCoS的實驗方法來研究Airy光束陣列的光強閃爍效應。(2)研究了基于Fresnel全息透鏡法生成Airy光束陣列的改進方法,基于補償后的LCoS生成了不同數目的Airy光束陣列,具體包括:a)從薄透鏡的相位變換原理出發(fā),推導了Fresnel全息透鏡法的相位平面和像平面的光學變換關系,證明了像平面的光強是嚴格的相位平面復振幅的傅立葉變換的平方;b)仿真研究了像差對Fresnel全息透鏡法的影響,結果表明:當引入3λ球差時,Airy光束的衍射效果就增大1.9倍,嚴重影響Airy光束的傳輸軌跡和光強分布。為此,提出了一種改進的LCoS相位調制曲線測量方法,以此為基礎,采用多區(qū)域校正的方式,對LCoS固有的波前畸變像差進行了補償,使LCoS的平面波前模擬精度達到0.14λ(PV值);c)基于補償后的LCoS,通過對Airy光束相位膜片的中心移動和整體旋轉,生成了不同數目的Airy光束陣列。(3)利用功率譜反演法數值模擬了湍流相位屏,搭建了能夠模擬強、中、弱閃爍強度的大氣湍流動態(tài)模擬系統,基于該模擬系統,研究了不同閃爍強度下的Airy光束陣列的光強閃爍特性。結果表明:Airy光束陣列相比單Airy光束光強閃爍抑制效果更好,強、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,通過擴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閃爍抑制效果的影響。結果表明:強、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%,說明降低Airy光束陣列的構成光束之間的相干性能進一步抑制光強閃爍效應。
【學位授予單位】：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O43

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本文編號：1334293