检索结果-内蒙古大学图书馆

高斯－谢尔模型光束的变换特性

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光学学报 1996年第3期16卷 378-381页

作者：张彬吕百达蔡邦维四川大学光电科学技术系

在一般情况下推导出高斯－谢尔模型光束经ＡＢＣＤ光学系统变换后的相干模迭加表示式。

关键词：高斯-谢尔模型光束相干模变换特性

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部分空间和部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间中的光谱和时间特性

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强激光与粒子束 2008年第11期20卷 1855-1860页

作者：丁超亮吕百达四川大学激光物理与化学研究所成都610064

对部分空间和部分光谱相干2维高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间传输的光谱和时间特性做了详细的数值研究。结果表明,部分空间和部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间传输中发生了光谱移动,光谱移动与场点位置、空间相关长度和... 详细信息

对部分空间和部分光谱相干2维高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间传输的光谱和时间特性做了详细的数值研究。结果表明,部分空间和部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间传输中发生了光谱移动,光谱移动与场点位置、空间相关长度和时间相干长度有关。在轴上,光谱出现蓝移,相对光谱移动随传输距离的增加而增大,随空间相关长度和时间相干长度的增加而减小,并逐渐趋于一定值。在轴外,光谱出现蓝移和红移,并与空间相关长度和时间相干长度有关。脉冲时间波形不变,对所得主要结果做了物理解释。

关键词：部分空间和部分光谱相干脉冲高斯-谢尔模型脉冲光束自由空间光谱移动空间相关长度

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大气湍流对高斯-谢尔模型光束孔径平滑因子的影响

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光学学报 2015年第A01期35卷 35-39页

作者：卢芳赵丹韩香娥西安电子科技大学物理与光电工程学院陕西西安710071

大气湍流严重影响了无线激光通信系统的性能，而孔径平滑效应能有效抑制湍流引起的光强闪烁效应。采用包含内外尺度影响的修正vonKarman湍流谱模型，并根据Tatarskii给出的孔径平滑因子定义式和波场交叉谱密度函数的互相干函数近似原理... 详细信息

大气湍流严重影响了无线激光通信系统的性能，而孔径平滑效应能有效抑制湍流引起的光强闪烁效应。采用包含内外尺度影响的修正vonKarman湍流谱模型，并根据Tatarskii给出的孔径平滑因子定义式和波场交叉谱密度函数的互相干函数近似原理，得到了高斯-谢尔模型（GSM）光束的闪烁孔径平滑因子。讨论了光源相干参量、湍流强度及湍流内外尺度对高斯-谢尔模光束闪烁孔径平滑效应的影响。结果表明：随着湍流的增强，部分相干光抑制湍流效应的作用逐渐减弱，并且湍流越强孔径平滑因子达到饱和的速度越快；湍流外尺度对孔径平滑因子的作用可忽略，内尺度对孔径平滑因子的影响显著，在分析光强闪烁问题时内尺度应作为重要影响参数之一。

关键词：大气光学孔径平滑因子广义惠更斯-菲涅耳原理高斯-谢尔模型交叉谱密度函数

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高斯—谢尔模型光束阵列在大气湍流中的传播研究

高斯—谢尔模型光束阵列在大气湍流中的传播研究

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作者： Mehdi SHARIFI 北京大学

学位级别：博士

激光光束在湍流大气中的传播是自由空间通信和遥感成像等领域的重要研究课题，并在近年来得到了基础和应用研究领域的广泛关注.光束在湍流大气的传播过程中，传播路径上的即使只存在微小的折射率涨落变化，也会对光束的有效传播带来重... 详细信息

激光光束在湍流大气中的传播是自由空间通信和遥感成像等领域的重要研究课题，并在近年来得到了基础和应用研究领域的广泛关注.光束在湍流大气的传播过程中，传播路径上的即使只存在微小的折射率涨落变化，也会对光束的有效传播带来重大不利影响.在大气环境中，风和对流使空气产生湍流，产生温度分布的微观涨落，这与大气折射率的随机涨落有直接关系.尽管这样的折射率涨落效应的绝对值相当小，但在光束的传播路径上，大量空气分子的累积效应会使这些微小的折射率分布不均给光束带来显著的宏观影响.\n 大气中影响光波传播的三个主要现象是吸收，散射和折射率涨落（即，光学湍流）.其中，吸收和散射由大气所含的各种气体分子和微粒造成，对光波波长敏感.且主要导致光波的光强衰减;而折射率涨落则会给传播光束带来辐射荧光，光束漂移和光束空间相干性降低等诸多影响.不幸的是，上述效应会给天文观测，自由空间光通信，遥感，激光雷达，及其他所有涉及大气光传输的领域带来相当显著且深远的不利影响.\n 大气湍流导致的光波波前畸变会给光束带来散射之外的额外展宽，其中，光束质心位置的随机变化称为光束漂移，而光波能量在光束散射截面内的随机重新分布会导致光强涨落.或许最广为人知的大气湍流效应莫过于星星眨眼了，这实际上是星光成像亮度的无规则变化.进一步来说，大气湍流不仅限制了天文观测的精度，也对在大气中传播的激光光束的空间相干性造成重大损失，如若不然，可大大减轻激光光束校准和聚焦的难度，从而极大降低光通信和光学雷达系统的光功率需求.与此同时，光束空间相干性的损失限制了光学外差检测接收机的有效接收孔径，从根本上阻碍了其性能的进一步提高.\n 由于存在温度梯度湍流，会有宏观风流吹过地球表面的气动粗糙区域.一部分光学湍流行为可以用统计模式描述，这一事实构成了绝大部分现有传输理论的理论基础.与之相应地，光波在湍流中的传播行为也能用一系列统计变量加以刻画.按分析方法来分，对湍流中光波传播行为的研究方法大致可分为两大类:强湍流和弱湍流.弱湍流理论基于托里夫微扰近似，用一系列表征波场基本特性的统计变量建立起了相对简单的数学模型;而强湍流理论则引入了更多样的分析方法，诸如抛物线方程方法和扩展惠更斯-菲涅尔原理等.\n 在通信领域对通信带宽和数据传输率日益增长的需求推动下，由于光波波段能提供较之传统通信频段更大的通信带宽和更高的数据传输率，无线光通信，或者按更广为人知的名称来说，自由空间光通信(Free space communication，FSO)，已成为极其重要的应用研究领域.与传统的无线电射频通信系统相比，工作波长更短因而频率更高的光通信有许多优势，包括更小的收发装置（望远镜替代天线组），工作元件更小更轻，波束能量集中在狭小的区域内（因此拥有更安全的信道），以及更广的可用变频带宽等.\n 湍流大气这一传播媒介造成的不利影响主要包括以下方面:第一，折射率涨落导致光束波前相位扰动，引起光强抖动和闪烁;第二，尺度大于光束直径的大气涡斑会给光束整体传播方向带来随机干扰，称为光束漂移效应;第三，经过湍流大气后，激光光束被严重散射，产生大于散射理论给出的大扩散半径光斑.这当中，闪烁效应造成的影响最为严重，会导致比特误码率显著上升，最终大幅降低通信系统的整体性能.\n 截至目前对传播行为已有不少研究，对多种不同光束经湍流大气传播后诸如平均光强，光束展宽，偏振度，相干度，谱密度，闪烁和光束漂移等特性都已做了详细考察.在已有的相关工作中，研究者都致力于发展能尽量抑制湍流不利影响的方法和技术.已有的工作表明，其中的一些方法，比如增加接收机孔径（孔径平均技术），自适应光学相位关联技术，采用不同类型光束，以及使用部分相干光源（如高斯-谢尔模型光束）等，都能降低湍流大气对透射激光的不利影响.\n 由于在光通信系统中采用部分相干光束能带来若干优势，众多研究者共同努力，尝试考察诸如光束展宽，透过率，平均光强，偏振度，相干度变化和闪烁等传输特性.尽管其部分相干特性会导致更大的光束展宽，但就闪烁而言，理论和实验研究都已确认部分相干光在湍流大气中所受的影响反而小于完全相干光.\n 同时，这里必须提到，在实际系统中，即便初始时采用完全相干光做光源，光束在大气中传播后也会损失一定的相干性，成为部分相干光.因此，对部分相干光的诸多传输特性不仅是相当重要的，也是不可或缺的.在本文中，作为部分相干光束的代表，着重考虑高斯-谢尔模型光束和部分相干平顶型波束.\n 这里必须要指出的是，长久以来，在假设大气各向同性的前提下，大气湍流采用Kolomogrov功率谱加以描述.折射率涨落的Kolomogrov功率谱结果已被广泛接受，也与实验结果表现出了较好的一致性.然而，最近的一些实验研究表明，在大气各向同性假设不被

关键词：大气湍流高斯-谢尔模型光束阵列微观涨落无线光通信

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海洋湍流中的量子高斯-谢尔光束偏振模型（英文）

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光子学报 2016年第5期45卷 154-160页

作者：夏明超张逸新李烨武玉谦江南大学理学院江苏无锡214000 江南大学江苏省轻工光电工程技术研究中心江苏无锡214000

研究湍流对海水光通信信道中传输的量子高斯-谢尔光束偏振度的影响.运用量子化场的惠更斯-菲涅尔原理,构建湍流海水中量子化高斯谢尔光束的产生和湮灭算符.基于海水折射率的空间功率谱,导出了量子高斯-谢尔光束的偏振度.数值结果表明:... 详细信息

研究湍流对海水光通信信道中传输的量子高斯-谢尔光束偏振度的影响.运用量子化场的惠更斯-菲涅尔原理,构建湍流海水中量子化高斯谢尔光束的产生和湮灭算符.基于海水折射率的空间功率谱,导出了量子高斯-谢尔光束的偏振度.数值结果表明:在参数给定条件下,温度与盐度的比值从-4.5变化到-0.5时,偏振度从0.75下降到0.20;接收光子数从20提高到50时,偏振度从0.91提高到0.96;光源横向尺寸从0.02m增大到0.12m时,偏振度从0.82提高到0.97;温度起伏对偏振度的影响高于盐度起伏的影响;提高发射光子数和增大发射孔径是扼制湍流干扰的有效方法.

关键词：偏振起伏高斯-谢尔模型海洋湍流产生算符与湮灭算符数值模拟

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部分相干光光束并合的光束传输变换特性

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中国激光 2009年第9期36卷 2337-2340页

作者：李宾中吕百达川北医学院基础学院物理教研室四川南充637007 四川大学物理科学与技术学院四川成都610064

运用维格纳(Wigner)分布函数(WDF)研究了高斯-谢尔模型(GSM)描述的部分相干光-光束并合的光束传输特性。推导出了并合光束的光束传输因子(M^2因子)、峭度因子(K因子)以及光强分布的解析表达式。研究表明,并合光束的M^2因子、K因子、光... 详细信息

运用维格纳(Wigner)分布函数(WDF)研究了高斯-谢尔模型(GSM)描述的部分相干光-光束并合的光束传输特性。推导出了并合光束的光束传输因子(M^2因子)、峭度因子(K因子)以及光强分布的解析表达式。研究表明,并合光束的M^2因子、K因子、光强分布和束宽依赖于总的空间相干度α,间距x_d,束腰宽度ω_0和GSM子光束数日N,如果子光束具有较大的α值,并合光束在远场更能达到较高的峰值光强和较窄的束宽。

关键词：相干光学高斯-谢尔模型 Wigner分布函数光束传输因子(M^2因子) 峭度因子(K因子)

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部分相干无衍射光束经环形孔径的传输特性

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光子学报 2016年第8期45卷 145-149页

作者：王硕琛谢晓霞吴逢铁华侨大学信息科学与工程学院福建省光传输与变换重点实验室福建厦门361021

理论上利用高斯谢尔模型和交叉谱密度的传播公式得到部分相干Bessel光束经过环形孔径的光强表达式.通过Mathcad软件数值模拟光强表达式,得到在不同传播距离的截面光斑图,结果表明部分相干Bessel光束在经过环形孔径后会产生空心光束.实... 详细信息

理论上利用高斯谢尔模型和交叉谱密度的传播公式得到部分相干Bessel光束经过环形孔径的光强表达式.通过Mathcad软件数值模拟光强表达式,得到在不同传播距离的截面光斑图,结果表明部分相干Bessel光束在经过环形孔径后会产生空心光束.实验中以绿光LED为光源,经轴棱锥聚焦得到部分相干Bessel光束,在其无衍射距离内放置环形孔径.使用体视显微镜照相系统拍摄部分相干Bessel光束经过环形孔径的衍射光斑图,得到的结果与模拟结果吻合.

关键词：物理光学空心光束交叉谱密度 Bessel光束高斯-谢尔模型部分相干光

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部分相干光通过像散透镜的聚焦特性

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激光技术 2003年第4期27卷 374-376,379页

作者：潘留占吕百达四川大学激光物理与化学研究所洛阳师范学院物理系洛阳471022 华中科技大学激光技术国家重点实验室武汉430074

从部分相干光的传输理论出发 ,推导出高斯谢尔模型 (GSM )光束表示的部分相干光通过像散透镜后光强分布的解析表示式 ,并进行了数值计算。研究结果表明 ,像散影响部分相干光的聚焦特性。与没有像散情况比较 ,像散使部分相干光轴上最大... 详细信息

从部分相干光的传输理论出发 ,推导出高斯谢尔模型 (GSM )光束表示的部分相干光通过像散透镜后光强分布的解析表示式 ,并进行了数值计算。研究结果表明 ,像散影响部分相干光的聚焦特性。与没有像散情况比较 ,像散使部分相干光轴上最大光强的位置移动 ,导致实际焦点的光强减小。

关键词：部分相干光像散聚焦高斯-谢尔模型

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阵列光束在湍流大气中的传输及目标散射回波特性

阵列光束在湍流大气中的传输及目标散射回波特性

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作者：卢芳西安电子科技大学

学位级别：博士

激光在大气信道中传输时由于受大气湍流的影响,使到达接收机端的光信号产生光束展宽、漂移、闪烁、到达角起伏等一系列湍流效应,严重制约了激光在空间激光通信、激光雷达、激光测距和激光遥感等方面的应用。研究表明部分相干光或阵列光... 详细信息

激光在大气信道中传输时由于受大气湍流的影响,使到达接收机端的光信号产生光束展宽、漂移、闪烁、到达角起伏等一系列湍流效应,严重制约了激光在空间激光通信、激光雷达、激光测距和激光遥感等方面的应用。研究表明部分相干光或阵列光束可有效降低大气湍流效应影响,因此,开展不同空间相干度的单束或阵列光束在湍流大气中的传输和目标散射特性研究具有重要意义和价值。本文基于广义Huygens-Fresnel原理和Rytov相位结构函数二次近似方法,研究了平顶高斯光束及几种阵列光束(高斯阵列光束、高斯-谢尔模阵列光束、电磁高斯-谢尔模阵列光束)在湍流大气中的传播特性,并结合Goodman提出的高斯随机粗糙表面散射简化模型,研究了高斯-谢尔模阵列光束经粗糙面和漫反射目标散射回波的二阶统计特性。主要研究内容包括以下几个方面：1.根据斜程传输理论及ITU-R提出的大气折射率结构常数高度模型,将Rytov方法推广应用于非Kolmogorov湍流中的斜程传输问题研究,推导了平顶高斯光束(Flattened Gaussian Beam, FGB)在斜程非Kolmogorov湍流大气中传输时的平均光强、二阶矩束宽与相对束宽以及弱起伏条件下的轴上闪烁指数表达式,数值分析了光源束腰大小、光束阶数、湍流广义指数、传输距离、传输天顶角等参量对平顶高斯光束在斜程非Colmogorov湍流大气中的传输变换特性的影响,并与高斯光束做了比较。2.根据广义Huygens-Fresnel原理,基于大气湍流的非Kolmogorov谱,推导了高斯阵列光束在湍流大气中的二阶矩束宽表达式,并结合Rytov近似方法推导了其在弱湍流条件下的闪烁指数表达式,分析了径向半径、光束数目、广义指数及传输距离对高斯阵列光束在非Kolmogorov湍流中的扩展特性及轴上和离轴闪烁指数的影响。3.利用Rytov相位结构函数二次近似和积分变换方法,推导了相干合成与非相干合成径向高斯-谢尔模(Gaussian Schell-Model,GSM)阵列光束的交叉谱密度函数表达式,研究了相干合成与非相干合成径向高斯-谢尔模阵列光束在湍流大气中的光束扩展和空间相干特性,并研究了非相干合成径向GSM阵列光束的光强闪烁特性。结果表明GSM阵列光束在非相干合成时比相干合成时的光束扩展、空间相干度及光强闪烁受湍流影响要小。4.根据随机电磁光束的相干-偏振统一理论,推导了电磁高斯-谢尔模(Electromagnetic Gaussian Schell-Model, EGSM)阵列光束在非Kolmogorov湍流大气中的交叉谱密度矩阵(Cross Spectral Density Matrix, CSDM)单元表达式,研究了EGSM阵列光束在非Kolmogorov湍流大气中的平均光强、光束展宽、远场发散角、偏振度P、偏振方向角及椭偏率的传输变换特性。结果表明,当传输距离L较近时,光源初始参量(径向半径r0、两分量的相干长度σ0xx比、σ0yy及振幅大小Ax、A,等)对EGSM阵列光束的扩展和偏振特性起主导作用；当传输距离L较远时,湍流效应的影响逐渐超过光源参量的影响,并逐渐对光束扩展和偏振特性起主导作用,这与在自由空间中传输时的情况存在差异。5.考虑水平双程湍流大气影响和相位扰动占优势的假设下,利用Goodman提出的高斯随机粗糙表面散射理论,推导了径向GSM阵列光束在双程湍流大气中经高斯粗糙表面后向散射到达接收面处的互相干函数,当lc→0时该函数可退化到漫反射目标时的情况。详细讨论了光源参量、目标特征及湍流效应对散射回波平均光强和空间相干性的影响。

关键词：阵列光束非Kolmogorov湍流粗糙面目标高斯-谢尔模型闪烁指数空间相干度

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部分相干电磁光束在湍流大气中传输的交叉偏振度

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华侨大学学报（自然科学版） 2011年第1期32卷 22-29页

作者：张国文蒲继雄华侨大学信息科学与工程学院福建泉州362021

推导部分相干电磁高斯-谢尔模型光束在湍流大气中的交叉谱密度矩阵.根据交叉偏振度的理论,研究部分相干电磁光束在湍流大气中的交叉偏振度的变化情况.研究表明,部分相干电磁光束的交叉偏振度由大气折射率结构常数、光源相关长度、光束... 详细信息

推导部分相干电磁高斯-谢尔模型光束在湍流大气中的交叉谱密度矩阵.根据交叉偏振度的理论,研究部分相干电磁光束在湍流大气中的交叉偏振度的变化情况.研究表明,部分相干电磁光束的交叉偏振度由大气折射率结构常数、光源相关长度、光束初始偏振度和观察点位置决定.交叉偏振度不同于一般偏振度,它的值不再仅仅局限在0～1,而是可以取任何非负值.同时也发现,与一般偏振度的分布趋势截然不同,交叉偏振度在湍流大气中会呈先扩散,后压缩的分布趋势.同时,当相关长度取值相等时,部分相干电磁光束在湍流大气中传输的交叉偏振度不再发生变化.

关键词：部分相干电磁光束高斯-谢尔模型湍流大气交叉偏振度

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