發(fā)布時(shí)間：2018-04-02 19:26

  本文選題：部分相干光束　切入點(diǎn)：non-Kolmogorov湍流　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：激光傳輸與控制是激光應(yīng)用研究的一個(gè)重要課題。隨著激光光束應(yīng)用的擴(kuò)展,在一些領(lǐng)域,如自由空間光通信、遙感、激光雷達(dá)和材料的熱處理等,適當(dāng)降低光束的相干性能夠減小光束受湍流介質(zhì)的不利影響。因此,部分相干光束的研究受到廣泛關(guān)注。早期,受交叉譜密度函數(shù)非負(fù)積分核條件的限制,部分相干光束的研究工作大部分都是基于傳統(tǒng)高斯謝爾模光束,其相關(guān)函數(shù)分布滿(mǎn)足高斯分布。而實(shí)際上,部分相干光束的相關(guān)函數(shù)分布并不只局限于高斯型。近年來(lái),基于構(gòu)建特殊相關(guān)函數(shù)(非高斯型)的充分條件,許多特殊關(guān)聯(lián)部分相干光束的理論模型相繼被提出。由于具有特殊的空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)分布,這些特殊關(guān)聯(lián)的部分相干光束在自由空間中傳輸時(shí)能夠在不借助任何光學(xué)元件的條件下產(chǎn)生特定的光場(chǎng)強(qiáng)度分布,在光通信、光束整形、激光武器和光學(xué)操控等方面有著巨大的應(yīng)用前景。特殊關(guān)聯(lián)部分相干光束經(jīng)大氣湍流的傳輸特性也成為研究的熱點(diǎn)。本論文主要是設(shè)計(jì)具有特殊關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的部分相干光束模型,并采用non-Kolmogorov功率譜模型,研究特殊關(guān)聯(lián)部分相干光束在大氣湍流中的傳輸特性,具體研究工作概述如下。構(gòu)建了一種特殊關(guān)聯(lián)部分相干光束的理論模型—非均勻部分相干厄米高斯光束。相比于非均勻關(guān)聯(lián)光束,該光束的相干度分布額外受厄米函數(shù)的調(diào)制�；趶V義惠更斯—菲涅爾原理,研究了非均勻部分相干厄米高斯光束在自由空間中的傳輸特性,發(fā)現(xiàn)其具有聚焦和橫向平移特性,并且聚焦光斑橫向尺寸小于非均勻關(guān)聯(lián)光束。另外,聚焦輪廓還可由厄米階次進(jìn)行調(diào)控。在此基礎(chǔ)上,研究了湍流對(duì)空間光束的影響。研究結(jié)果在光束整形、粒子捕獲方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值。研究了多sinc謝爾模光束在non-Kolmogorov湍流中的傳輸特性。自由空間中,選取不同的初始參數(shù),遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度可呈現(xiàn)平頂、單環(huán)中空和多環(huán)的輪廓�；趶V義惠更斯—菲涅爾原理和Wigner分布函數(shù)的二階矩理論,推導(dǎo)了多sinc謝爾模光束在non-Kolmogorov湍流中方均根角寬和傳輸因子的解析表達(dá)式,對(duì)不同遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度輪廓間光束的傳輸質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明,遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度呈現(xiàn)單環(huán)中空輪廓的多sinc謝爾模光束對(duì)湍流的抵抗力優(yōu)于遠(yuǎn)場(chǎng)呈現(xiàn)平頂以及多環(huán)的情況,并且中空半徑越大,優(yōu)勢(shì)越明顯。此外,多sinc謝爾模光束受湍流的影響小于傳統(tǒng)高斯謝爾模光束。研究結(jié)果為多sinc謝爾模光束在自由空間光通信領(lǐng)域的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。研究了高斯謝爾模陣列光束在non-Kolmogorov湍流中的傳輸特性。陣列光束多用于高功率、高強(qiáng)度激光系統(tǒng)中,大多都是基于離軸光束的相干或非相干疊加構(gòu)成的。這類(lèi)光束在初始平面呈現(xiàn)陣列型強(qiáng)度輪廓,隨著傳播距離的增加,子光束間光場(chǎng)相互疊加,陣列輪廓很快消失。而高斯謝爾模陣列光束,在其特殊相關(guān)函數(shù)的調(diào)制下,遠(yuǎn)場(chǎng)呈現(xiàn)可調(diào)控的陣列強(qiáng)度輪廓,并且在一定傳輸距離內(nèi),陣列輪廓能夠保持不變�；赪igner分布函數(shù)的二階矩理論,推導(dǎo)了高斯謝爾模陣列光束在non-Kolmogorov湍流中傳輸因子的解析表達(dá)式,具體分析了光束參數(shù)及湍流參數(shù)對(duì)光束質(zhì)量的影響。與傳統(tǒng)高斯謝爾模光束以及由離軸高斯謝爾模光束疊加構(gòu)成的陣列光束相比,高斯謝爾模陣列光束在大氣湍流中傳輸更具優(yōu)勢(shì),并且增大光束的陣列維度以及陣列中子光束間的間距,該優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步提升。研究了矢量同心環(huán)謝爾模光束在non-Kolmogorov湍流中的傳輸因子。在特殊相關(guān)函數(shù)作用下,該光束遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度呈現(xiàn)可調(diào)控的同心環(huán)輪廓。采用nonKolmogorov湍流模型,基于Wigner分布函數(shù)的二階矩理論,推導(dǎo)了矢量同心環(huán)謝爾模光束傳輸因子的解析表達(dá)式。模擬結(jié)果表明,選取合適光束初始參數(shù),矢量同心環(huán)謝爾模光束對(duì)湍流的抵抗力優(yōu)于相應(yīng)標(biāo)量的情況,且在較強(qiáng)起伏的湍流條件下,該優(yōu)勢(shì)更明顯。與電磁高斯謝爾模光束以及多sinc謝爾模光束相比,矢量同心環(huán)謝爾模光束受湍流的影響更小。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：O43

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本文編號(hào)：1701779