部分相干光脉冲经介质散射的光谱和相干特性研究

超短脉冲经介质的散射由于其在强场物理，材料加工，医学诊断等领域的应用前景受到人们的极大关注。本项目拟采用求解赫姆霍兹方程和微扰法相结合，研究部分相干光脉冲经介质散射的光谱和相干特性。重点研究以下问题：（1）时间域部分相干光脉冲经随机介质和球形介质散射后光谱强度和相干度的变化规律，给出脉冲宽度、脉冲时间相干长度、散射角、球形介质大小和位置等参数对散射场光谱强度和相干度的影响；（2）时空域部分相干光脉冲经随机介质和球形介质散射后光谱强度和相干度的变化规律，与时间域情况进行比较，说明入射脉冲的空间相干性对散射场光谱强度和相干度的影响；（3）时间域和时空域部分相干光脉冲经随机介质动态散射的光谱强度和相干度的变化规律，揭示介质的相干时间和空间相干长度对散射场光谱强度和相干度影响的物理机制；所得研究成果将预测新的实验结果，为探索部分相干光脉冲在强场物理，材料加工，医学诊断等领域的应用提供理论参考。

该项目研究了部分相干光脉冲经介质的散射特性，给出了部分相干光脉冲经介质散射后光谱强度和相干度的演化规律，揭示了部分相干光脉冲与介质相互作用过程中出现的一些新现象、新机制。研究结果表明：（1）时间域部分相干光脉冲经高斯相关准均匀各向同性介质的散射后，时间相干长度随散射角的增加先减小后增大，有一个极小值出现，极小值的位置随介质的相关长度的增加向散射角度大的方向移动，而极小值的位置随介质的有效半径的增加向散射角度小的方向移动。入射脉冲宽度不改变散射后脉冲时间相干长度极小值的位置。对于各向异性介质，光脉冲散射场的光谱密度和相干度分布都不对称，这种不对称的程度取决于介质参数。随着介质有效半径和相关长度的增加，相干度分布集中于坐标中心区域。散射场脉冲相干度的值随着脉冲宽度的增加或脉冲时间相干长度的减小而减小，但分布不变。（2）时间域部分相干光脉冲经球形介质散射后，研究发现通过测量散射场脉冲宽度和脉冲延迟可获得球形介质的位置和大小信息。散射场脉冲宽度随散射角增加单调增加，且受到入射脉冲宽度和球形介质粒子大小的影响。可以通过选择不同的入射脉冲宽度、脉冲时间相干长度和球形介质粒子大小来控制散射场脉冲的时间相干长度。球形介质的大小和位置影响散射场脉冲的光谱强度和光谱偏振度分布。（3）时间空间域部分相干光脉冲经介质散射后，入射脉冲光束的空间相干性影响脉冲散射场光谱密度和相干度分布。分析了介质动态散射和静态散射的异同点，找到了介质散射势时空相关函数的数学物理模型，发现部分相干光脉冲经介质动态散射后，介质动态散射特性对部分相干光脉冲的光谱和相干特性影响较小。以上研究成果为部分相干光脉冲在强场物理，材料加工，医学诊断等领域的应用提供了理论参考。