激光光束在海洋湍流中的传输特性及应用研究

The propagation of laser beams in oceanic turbulence is the basic problem of the underwater laser application, and is the important factor for the underwater laser application. The study of laser beam propagating in oceanic turbulence has attracted great attention from scientists. This project will focus on the demands of the laser beam propagation in oceanic turbulence, and study the influence of oceanic turbulence on the propagation properties of laser beam by producing the model of partially coherent laser beam and laser pulsed beam propagating in oceanic turbulence. And mainly study the evolution properties (intensity, polarization and coherence) of partially coherent laser beam propagating in oceanic turbulence; study the evolution properties (intensity, spectra shift and pulse broadening) of laser pulsed beam in oceanic turbulence. Considering the reflecting signal in oceanic turbulence, establishing the model of beam reflected by target, study the properties of reflecting signal (spectra intensity, coherence, polarization and scintillation) in oceanic turbulence, and establish the foundation for target detection using the laser in oceanic turbulence. The study of this project will serve as the theoretical foundation for the understanding the propagation properties of laser beam propagation in oceanic turbulence. As a result, our project has the important practical significance.

激光光束在海洋湍流中的传输是激光水下应用所面临的一个主要问题，也是影响激光水下应用的重要因素。激光光束在海洋湍流中的传输研究是当前的热点之一。本项目拟以激光光束在海洋湍流中的传输为研究对象，通过构建部分相干激光光束和脉冲激光光束在海洋湍流中的传输模型，开展海洋湍流对激光光束传输特性的影响研究。具体研究几类部分相干激光光束在海洋湍流中传输特性（光强闪烁、偏振性和相干性等）的演化规律；研究脉冲激光光束在海洋湍流中传输特性（强度、谱移和脉冲展宽等）的演化规律。同时，考虑激光光束在海洋湍流中将被目标反射产生回波信号，建立激光光束在海洋湍流中被目标反射的回波模型，研究激光光束在海洋湍流中目标反射的回波（谱密度、相干度、偏振度和闪烁指数等）特性，为海洋湍流中目标的激光探测奠定基础。本项目的研究将有助于理解激光在海洋湍流中的传输行为，为激光在海洋水下环境中的应用提供理论基础，具有重要的实用价值。

随着水下无线光通信和激光测量的发展，水下海洋湍流对激光传输特性的影响逐渐引起人们的广泛关注。由于激光光束的传输特性对在其水下海洋环境中的应用具有重要的影响，因此，本项目开展了经海洋湍流传输的多类激光光束光学特性的演化规律研究。本项目的主要研究内容如下：1）基于部分相干与偏振的统一理论，利用高斯谢尔模源和多高斯谢尔模源，提出了几类部分相干激光光束，包括：部分相干洛伦兹-高斯光束、部分相干洛伦兹-高斯涡旋光束、部分相干四瓣高斯光束、部分相干四瓣高斯涡旋光束、部分相干异常空心涡旋光束、随机电磁多高斯谢尔模涡旋光束、多高斯关联部分相干异常空心光束、携带线刃型位错的多高斯谢尔模光束、径向相锁部分相干洛伦兹阵列光束、径向相锁部分相干标准厄米-高斯阵列光束和径向相锁多高斯谢尔模阵列光束等；2）主要研究了这些光束在海洋湍流中的传输特性（如光强分布、偏振度和相干度等），分析这些光束受海洋湍流影响的物理机制，探讨这些光束在水下无线光通信中的应用。此外，本项目追踪本领域的研究热点，还开展了激光光束经大气湍流和单轴晶体中的传输特性及光束的非傍轴特性的研究。本项目的研究成果对促进激光光束在海洋湍流中的应用具有积极作用，在水下无线光通信和激光探测领域具有重要的应用前景。本项目累计发表学术论文37篇，其中SCI论文36篇，EI论文1篇。