部分相干光束扭曲相位调控及其应用基础研究

The twist phase is one type of phase which can only exist in partially coherent beams. The twist phase will have an effect on the distributions of the spectral density, the polarization state, the degree of coherence and the orbital angular momentum flux of the beam. As a result, partially coherent beams with twist phase have wide applications in free-space optical communications, particle manipulation and image. The acts of the twist phase on partially coherent beams will be investigated both theoretically and experimentally in this proposal. The main content of our study includes the following aspects. First, the synthesis theory of a scalar partially coherent beam with twist phase will be explored and the propagation characteristics is obtained with the help of the deduced synthesis expression. We will also establish the experimental setups for generating scalar partially coherent beam with twist phase based on the synthesis theory and carry out experimental measurement of its beam parameters. The twist phase will be extended into a vector partially coherent beam and the magnitude of twist phase will be determined. Then with non-uniform state of polarization the role of twist phase acting on the propagation properties of a vector partially coherent beam will be explored. For the realization of the generation of partially coherent beams with twist phase, the influence of the twist phase on image resolution will be investigated. Our work will provide a good foundation for future applications of twisted partially coherent beam.

扭曲相位是部分相干光所特有的一种相位，它能够有效调控部分相干光的光强、偏振态、相干度分布以及轨道角动量。具有扭曲相位的部分相干光在自由空间光通信、微粒捕获、成像照明等领域拥有广泛的应用前景。本课题将理论与实验结合，探索扭曲相位对部分相干光调控的一般规律，主要研究内容包括:提出扭曲相位标量部分相干光的合成表示法并根据合成表示研究扭曲相位标量部分相干光的传输统计特性；研究合成具有扭曲相位的标量部分相干光的实验原理和光束特性参数的测量；将扭曲相位引入矢量部分相干光，确定扭曲相位的取值范围，探索在不同偏振态分布情况下扭曲相位对矢量部分相干光传输特性的调控规律；在产生扭曲部分相干光的基础上，开展在扭曲部分相干照明下的成像分辨率的研究。本课题的研究将为进一步开展含扭曲相位的部分相干光的应用提供理论和实验基础。

扭曲相位是部分相干光所特有的一种相位，它能够有效调控部分相干光的光强、偏振态、相干度分布以及轨道角动量，在自由空间光通信、微粒捕获、成像、照明等领域拥有广泛的应用前景。本课题围绕扭曲相位主要开展了以下几方面的工作：（1）在相位产生方面，实现了两种方法产生含有扭曲相位部分相干光，通过复杂的光学系统进行光束变换的产生方法以及将光束表示为满足正定性条件的一系列具有非负权重函数的基函数的叠加，通过合成法产生光束；（2）在扭曲相位测量方面，提出了利用光束经过像散光学系统后光强的二阶矩分布间接测量的扭曲相位因子大小的方法;（3）研究了含有扭曲相位的部分相干光在复杂介质中的传输特性，获得了扭曲相位对光束调控的一般规律；（4）研究了扭曲相位对经典成像和鬼成像的影响，获得了实现亚瑞利成像和具有较高可见度的鬼成像的条件。上述理论和实验工作为进一步开展具有扭曲相位部分相干光的实际应用奠定了基础。