随机电磁光束在单轴晶体中传输的理论与实验研究

The stochastic EGSM beam,also known as partially coherent vectorial beam has wide application prospect in free space optical communication,material processing and optical trapping.Now it has been one of the hot spots in study of laser optics.The evolution properties of stochastic EGSM beams are decided not only by the coherence and polarization of the optical source but also by the propagating media. Theoretical and experimental study of stochastic EGSM beams propagating in uniaxial crystals will be carried out owing to its significant application value for the design of polarizers and phase plates.The main content of our study include the following aspects.The first part is involved with the evolution properties of the stochastic EGSM beam with twist factors propogating in uniaxial crystals which has been named the most general vectorial optical beam. Both the paraxial beam and non paraxial beam will be disscussed.The second part concerns the generation of the stochastic EGSM beam and the measurement of it's corresponding characteristic parameters. Then the evolution properties of the stochastic EGSM beam propagating in uniaxial crystals will be verified through experiments. Our work will not noly clarify the effect of uniaxial crystal's anisortropy on the propagating of the stochastic EGSM beam,but also make a good basis for carrying out experimental study of such beams propagating in various medium.

随机电磁光束，又称矢量部分相干光束，在自由空间光通讯、材料加工和微观粒子捕获等领域有着广阔的应用的前景，是当前激光光学研究的热点之一。随机电磁光束在传输过程中的光参数演化既与光源的相干性和偏振特性有关，也和传输过程所处介质的特性有关。由于单轴晶体在设计偏振片和相位补偿片方面有重要的应用价值，本课题将开展随机电磁光束在单轴晶体中传输的理论与实验研究。主要研究内容有：一般化的复杂矢量光束即含有扭曲相位因子的随机电磁光束在傍轴区域以及非傍轴区域经过晶体传播后的光束演变特性。在实验上产生随机电磁光束，测量产生光束的特性参数，分析研究随机电磁光束在晶体中的传播规律。本项目的研究工作不仅揭示了晶体对随机电磁光束的调控作用，而且实验产生的随机电磁光束也为开展该光束在其它介质中传播规律的实验研究做了前期工作。

部分相干光在传输过程中光束的相关性和偏振性是相互联系和影响的，因此有必要开展同时具有部分偏振和部分相干特性的矢量部分相干光束即随机电磁光束传输特性的研究。随机电磁光束在传输过程中的光束参数的演化既与光源的相干性和偏振特性有关，也和传输过程所处介质的特性有关。由于单轴晶体在设计偏振片和相位补偿片方面有重要的应用价值，本课题开展了随机电磁光束在单轴晶体中传输的理论与实验研究。本课题主要开展了以下研究：（1）含有扭曲因子的随机电磁光束在近轴区域经过晶体传播后的光束演变特性,获得了含有扭曲相位因子的一般化复杂随机电磁光束在单轴晶体中沿垂直于光轴方向传播的光强、偏振度以及相干度的分布。利用光强、偏振度以及相干度的分布对称轴的旋转情况我们可以判断光束携带的扭曲相位的状态。（2）含有扭曲相位因子随机电磁光束的二阶矩以及光束的轨道角动量。根据含扭曲相位的电磁高斯谢尔模光束轨道角动量的一般表达式得到了光束在单轴晶体中沿垂直于光轴方向传播时轨道角动量的变化，通过改变非寻常折射率与寻常折射率之比以及初始的扭曲相位可以调控光束轨道角动量线性变化的速度。（3）具有径向偏振态分布的扭曲随机电磁光束在单轴晶体中的传输规律, 获得了在各向异性的单轴晶体中，径向偏振态和扭曲位相对对随机电磁光束光强分布、偏振度以及偏振态分布的调控规律。（4）具有特殊关联的部分相干光的复高斯表示及其在单轴晶体中的传播特性。在单轴晶体中改变非寻常折射率与寻常折射率之比可以有效地控制厄密高斯关联高斯谢尔模光束的自分裂速度。