多高斯关联光束模型建立及其传输特性

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qianxiaojiong
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多高斯谢尔模光束与源平面上的高斯谢尔模光束具有相同的强度分布,但随着传输距离的增加,多高斯谢尔模光束的远场光强分布将具有平顶光束剖面。由于这一特殊的性质使得人们对该光束的应用前景产生了极大的兴趣。本论文就基于相干偏振统一理论,讨论多高斯谢尔模光束在单轴晶体、自由空间和non-Kolmogorov湍流等介质中的特性。具体研究结果如下:(1)推导了矩形多高斯谢尔模涡旋光束在单轴晶体中沿着垂直于光轴方向传播的交叉光谱密度函数表达式,并通过数值分析研究了归一化强度和有效光束宽度。数值模拟的结果表明,在单轴晶体的影响下,矩形多高斯谢尔模涡旋光束将由圆形暗空心光束演化为椭圆平顶光束。随着传播距离的增加,有效光束宽度逐渐增大,还发现拓扑电荷数M和项总数N1=N2值大的或相干长度σ值小的矩形多高斯谢尔模涡旋光束将具有更大的有效光束宽度。(2)推导出了随机电磁多高斯谢尔模涡旋光束在单轴晶体中传播的解析表达式。利用数值模拟的方法,讨论了单轴晶体的ne/n0对随机电磁多高斯谢尔模涡旋光束传播特性的影响。结果表明,随机电磁多高斯谢尔模涡旋光束的圆对称受单轴晶体的影响将转化为椭圆对称,并且光束在ne/n0值大的单轴晶体中的传播将演化为沿x轴宽度较大的椭圆平顶光束。(3)建立了矩形对称的N×D多高斯谢尔模阵列光束模型。推导出了矩形多高斯谢尔模阵列光束在自由空间和non-Kolmogorov湍流中传播的解析表达式。研究和分析了矩形多高斯谢尔模阵列光束的归一化平均强度和有效光束宽度等传播特性。结果表明,矩形多高斯谢尔模阵列光束的传播特性与矩形多高斯谢尔模源参数和湍流参数有关。随着湍流结构参数Cn2和外层尺度参数L0的增加,或幂律指数α和内层尺度参数l0的减小,高斯类光束的宽度就会更大。随着总项数M的增加或相干长度σ的减小,阵列光束也会演变成具有较大光点的光束。根据广义的惠更斯-菲涅耳原理,导出了多高斯谢尔模源在海洋大气湍流中生成的矩形多高斯谢尔模光束阵列的传播方程。利用数值实例分析了多高斯谢尔模光束阵列在海洋大气湍流中传播演化和有效光束宽度。
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