时域多余弦高斯脉冲光束传输特性的研究

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由于激光器的广泛应用,研究者们发现适当地改变激光光束的本征函数后会产生一些新颖的物理特性,从而使得激光光场的调控成为光学研究领域的热门。早期的光场调控仅限于相位、振幅以及偏振。后来人们发现适当地降低激光的相干性即可得到部分相干光,该光束位于远场处的光强分布同其在源平面处的相干函数密切相关,通过调控其相关参数可出现一系列新奇的特性,这些特性使其在光通讯、光束整形与信息加密等方面有着重要的应用。近几年,研究者们不仅局限于研究广义的稳态光场中经典高斯谢尔模光束,还开始研究非稳态光场中的特殊关联部分相干光束的传输特性。然而,目前对于时域下特殊关联部分相干光束传输特性的研究还存在着空白。本文提出了一种新型的时域部分相干脉冲光束——多余弦高斯关联谢尔模(multi-cosine-Gaussian correlated Schell-model,缩写为MCGCSM)脉冲光束,通过理论推导和数值模拟得到了MCGCSM脉冲光束的传输特性,该研究结果可为多脉冲整形和脉冲激光材料加工提供参考。论文的具体内容如下:1、介绍了部分相干光束的研究进展和基本传输理论,并基于非稳态光场相干理论,对时域部分相干脉冲光束在自由空间和色散介质中的时间相干函数进行研究,推导出了MCGCSM脉冲光束在色散介质中传播时的时间相干函数的解析式。2、理论推导了MCGCSM脉冲光束在自由空间和色散介质中传输的时间平均强度和时间相干度,同时模拟分析了MCGCSM脉冲光束在自由空间传输的时间相干度是呈高斯分布的。3、利用matlab对得到的时间平均强度和时间相干度进行数值模拟,结果表明,在远场中,通过调节源参数,脉冲光束将由源平面的单个脉冲演化为多个子脉冲或在远场处产生平顶轮廓的光强分布。此外,在啁啾系数为s<0的色散介质中MCGCSM脉冲光束会出现两个自聚焦过程,并在理论上给出了两种自聚焦过程的物理解释。
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