【摘 要】
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具有高空间相干性的激光在通过随机位相、湍流介质和旋转散射体后,其空间相干性降低,获得的具有低相干性的光束称为部分相干光束。此外,在对部分相干光的位相调控研究中,研究者引入了一种部分相干光束所特有的位相:扭曲位相,它不仅可以调控光束的强度、相干度以及偏振度的分布,而且可以使光束携有轨道角动量,在光束的整形、微粒操控、超分辨成像、非线性光学、自由空间光通信等领域有着良好的应用前景,扭曲位相开辟了部分相
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具有高空间相干性的激光在通过随机位相、湍流介质和旋转散射体后,其空间相干性降低,获得的具有低相干性的光束称为部分相干光束。此外,在对部分相干光的位相调控研究中,研究者引入了一种部分相干光束所特有的位相:扭曲位相,它不仅可以调控光束的强度、相干度以及偏振度的分布,而且可以使光束携有轨道角动量,在光束的整形、微粒操控、超分辨成像、非线性光学、自由空间光通信等领域有着良好的应用前景,扭曲位相开辟了部分相干光调控研究的新方向。本文主要围绕扭曲位相对具有涡旋位相的部分相干光、特殊空间关联结构的部分相干光以及具有一定偏振态的矢量部分相干光的调控规律开展研究工作,初步探讨了扭曲位相调控下的部分相干光束在光通信中的应用,研究成果如下:针对研究部分相干光束位相调控时分离扭曲位相和涡旋位相的问题,将扭曲位相和涡旋位相结合,构建了同时具有两种位相的新型部分相干光束模型即扭曲拉盖尔高斯谢尔模光束,并研究了在两种位相的共同作用下对光束传输统计特性以及轨道角动量的影响,发现在两种位相耦合作用下,能够极大提高光束携带的轨道角动量,此外扭曲位相能显著提高部分相干涡旋光束的相干度自修复能力并从模式分解的角度深入分析了这一现象背后的物理机制。针对扭曲位相和空间关联结构对部分相干光束的联合调控问题,提出了具有矩形对称谢尔模型光束加载扭曲位相的判定条件,在此基础上构建了具有厄米高斯关联的扭曲部分相干光束即扭曲厄米高斯关联谢尔模光束,并研究了在空间相干结构和扭曲位相共同作用下对光束统计特性的影响,发现扭曲位相会阻止由空间相干结构导致的光斑分裂,并使相干度发生旋转。针对矢量部分相干光束的位相调控问题,将扭曲位相和涡旋位相结合,研究了在两种位相的共同作用下对光束传输统计特性的影响,发现在两种位相共同作用下可以有效控制光束光强,偏振度以及偏振态的分布;将扭曲位相和单轴晶体结合,发现扭曲位相和单轴晶体的各向异性可以用来调制光束的传输特性。针对扭曲位相对部分相干光束在复杂介质中传输时的调控作用问题,推导了扭曲部分相干光束在复杂介质(湍流大气和海洋湍流)中的传输统计公式,研究发现扭曲位相能够抑制湍流介质导致的光强分布退化以及退偏振效应。此外,在一定情况下,低相干度以及具有扭曲位相的部分相干光束能够有效降低湍流大气导致的光强闪烁,提高信噪比,降低误码率从而提高光通信性能。
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