空间相关函数的构建和光场的表征及其傍轴与非傍轴统计特性的研究

The coherence, polarization and other statistical properties of light field have great significance to laser communication, remote sensing, laser systems engineering design, etc. Since the random electromagnetic beam takes into account the coherence, polarization and other statistical properties of light field at the same time, it can be more fully comprehend and understand the statistical optical properties of the random fluctuations electromagnetic light field. In this project, we will build some new correlation function according with physics conditions, and establish the corresponding new random electromagnetic light field model to reasonably describe some practial light field distribution, and analyse the paraxial and nonparaxial propagation law of random electromagnetic light field model in the different complex optical system and random turbent medium, and predict the statistical properties of the actual light field. The results not only have theoretical innovation, but also can be to predict the new experimental results to guide experimental operation and provide the theoretical basis and computational model for some actual application on laser communications, laser systems engineering, polarization remote sensing, fiber-coupled laser collimator applications etc.

光场的相干偏振等统计特性对激光通信、遥感、激光系统工程设计等领域都具有十分重要的意义。随机电磁光场模型因同时考虑相干偏振等统计特性，可更加全面地认识和理解随机涨落电磁光场的统计光学特性。本项目通过构建符合物理条件的新的相关函数，建立相应新的随机电磁光场模型以合理全面地表征某些实际光场分布，分析随机电磁光场模型在不同复杂光学系统及随机湍流介质中的傍轴与非傍轴传输规律，预测实际光场在复杂系统和介质中传输统计特性。研究结果不仅有理论上的创新性，而且可用于指导实验，预测新的实验结果，为实际电磁光场在激光通讯、激光系统工程设计、偏振遥感、光纤耦合、激光准直等应用领域的发展提供理论基础和计算依据。

光场的相干偏振等统计特性对激光通信、遥感、激光系统工程设计等领域都具有十分重要的意义；随机电磁光场模型因同时考虑相干偏振等统计特性，可更加全面地认识和理解随机涨落电磁光场的统计光学特性；统计稳定光场的远场空间强度分布与源场相关特性密切相关，通过设计源场相关函数实现远场光强调制，可获得符合实际需求的强度分布。本项目通过详尽、系统的理论分析、公式推导、数值模拟及对比分析，构建了cosine-Gaussian Schell-model、Bessel-Gaussian Schell-model、sinc Schell-model等新的随机源标量场模型，以产生符合不同实际需求的环形、平顶、自聚焦、晶格状等强度分布，并证实它们的物理真实性；并提出了源场相关函数的交替序列、卷积等合理运算，以产生新的相关函数，实现光场的调制；拓展标量光场到矢量情形，并获得相关源的可实现条件和光束条件；研究光场与介质相互作用等实际应用问题，预测了实际光场在复杂系统和介质中传输统计特性。研究成果既丰富了部分相干场理论，而且可用于指导实验，预测新的实验结果，为实际电磁光场在激光通讯、激光系统工程设计、偏振遥感、光纤耦合、激光准直等应用领域的发展提供理论基础和计算依据。本项目严格按计划进行，经过三年的研究，顺利完成了各项研究任务，达到了预期研究目标，超额完成了计划的研究成果。研究成果以论文的形式在Optics Letters、Optics Express等国际权威光学期刊上发表，共计发表高质量SCI论文19篇（其中在中科院最新JCR 2区论文17篇、3区论文2篇），成果已被引用两百余次，得到国内外同行的关注。