特殊关联结构的部分相干光束的实验产生和传输性质研究

Because of special correlation structure and potential application values of special correlation structure partially coherent beams (i.e., Multi-Gaussian Schell-model beam, Laguerre-Gaussian Schell-model beam and Bessel-Gaussian Schell-model beam, etc.), which are extensively researched. In practical work, based on the main optical elements are spatial light modulator, CCD and Gaussian amplitude filter etc., the special correlation structure partially coherent beams are generated and the beam parameters are measured, the relationship of special correlation structure and the intensity distribution are researched; based on extended Huygens-Fresnel integral formula, analytical the effect of the beam parameters with propagation factor, scintillation index and degree of coherence of special correlation structure partially coherent beams propagation through atmospheric turbulence, the propagation properties of special correlation structure partially coherent beams propagation through atmospheric turbulence are studied; based on generalized Collins formula, analytical the evolution of the beam parameters with degree of polarization, degree of coherence and intensity distribution of special correlation structure partially coherent beams propagation through optics system, the variation properties of special correlation structure partially coherent beams propagation through optics system are studied. These works provide the theoretical support and experimental method of special correlation structure partially coherent beams propagation through different media, which will be useful for long-distance free-space optical communications.

具有特殊关联结构的部分相干光束（主要指具有多高斯关联、拉盖尔-高斯关联、贝塞尔-高斯关联等部分相干光束），因其特殊的关联结构和潜在的应用价值而得到广泛的研究。本项目基于空间光调制器、高斯滤波片和CCD相机等主要光学元件产生具有特殊关联结构的部分相干光束，测量其光束参数，研究其关联结构和光强分布的关系；基于拓展惠更斯-菲涅尔原理，分析湍流大气对特殊关联结构的部分相干光束的传输因子、闪烁指数和相干度等光束参数在传输时的影响，探究特殊关联结构的部分相干光束在湍流大气中的传输机理；基于柯林斯公式，分析特殊关联结构的部分相干光束通过光学系统传输时偏振度、相干度和光强分布等光束参数的演化，揭示特殊关联结构的部分相干光束在光学系统传输过程中光束参数的变化规律。本项目的成果将为特殊关联结构的部分相干光束在激光光通信中的应用提供了理论支撑和实验依据。

该项目主要是研究特殊关联结构部分相干光的产生，光束参数的测量及其在光学系统和湍流大气中传输的演化规律等。具体为特殊关联结构部分相干光的理论模型的提出；实验产生的方法；光束参数的测量；传输特性的演化规律。.开展了一种新的特殊关的部分相干光的提出、实验产生和光束参数测量研究。基于部分相干理论，提出一种新的关联函数描述部分相干光，并在实验上产生和测量了其相干度和光强分布。.开展了优化实验光路，产生一类特殊的部分相干光束研究。优化实验光路，测量光束参数，理论分析了其傍轴传输和聚焦特性，在实验上予以验证。.开展了特殊部分相干光在湍流大气传输特性研究。基于拓展惠更斯-菲涅耳原理和魏格纳分布函数的二阶矩理论，研究了拉盖尔-高斯谢尔模部分相干光在湍流大气传输时的光强、发散角和光束质量等光束性质的演化规律。.开展了旋涡光束自愈合效应及其复用解复用研究。基于贝塞尔光束自愈合效应，研究了多束高阶同轴贝塞尔光束在有障碍物扰动下的自愈合效应和复用解复用过程，以及贝塞尔光束受障碍物扰动后的模式纯度。.开展了基于轨道角动量的正交性，研究了柱矢量光束在湍流大气传输时其轨道角动量的演化规律和拉盖尔高斯光束受湍流大气扰动时的光束漂移和信号误码率的演化规律。