部分相干光束的产生及在消散斑中的应用

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作为二十世纪对人类生活产生过巨大影响的发明之一,激光器的发明有力地推动了光学工程及相关学科的飞速发展。激光器输出的激光光束具备高亮度、高相干性和高方向性等优点,在许多技术领域拥有广泛的应用。然而,随着研究的深入,一些研究者发现,在某些领域中激光高相干性的优点有时也会造成不利的影响。例如,在大气光通信时,大气湍流会对高相干激光光束产生较大的干扰,严重影响光通信质量。而有研究结果显示,采用部分相干光能降低大气湍流的影响,因此对部分相干光束的产生、传输以及相关特性的研究是一项非常重要的工作。本学位论文主要包括两个方面的内容:一方面研究了部分相干光束的产生及其相干特性,另一方面利用散斑理论探究了部分相干光束在消散斑中的应用。本学位论文的主要工作包括:  首先,从实验上产生了一种新型部分相干光束并研究了该光束的相干特性。我们用激光光束透过旋转的特殊毛玻璃,产生一种具有特殊相干度分布的新型部分相干光束。通过双孔干涉实验,记录下所产生的干涉条纹,计算得出所对应的相干度,并获得了该光束在不同传输距离处的相干度分布情况。实验结果发现,该新型部分相干光束的相干度分布情况不同于传统的高斯-谢尔模型光束的相干度分布。  其次,通常部分相干光束是利用激光光束透过旋转的毛玻璃来产生。然而旋转毛玻璃的转速对生成的部分相干光束的相干度的影响尚未有过系统研究。因此,我们研究了毛玻璃的转速对产生的部分相干光束相干度的影响关系。我们通过对毛玻璃旋转系统的改进,实现了对毛玻璃转速的精确控制,然后将激光入射到转速可控的旋转毛玻璃,并利用杨氏双孔干涉实验测量了部分相干光束的相干度。研究发现部分相干光束的相干度随着毛玻璃转速的增大而减少,但当毛玻璃转速足够快后,转速对相干度的影响很小。  最后,我们还研究了径向偏振涡旋光束透过散射介质所产生的散斑特性以及部分相干光束在消散斑中的应用。利用光束传输理论和概率统计理论,数值仿真了径向偏振涡旋光束透过散射介质产生的散斑。同时,在实验上利用径向偏振转换器和螺旋相位板产生径向偏振涡旋光束,将其照射到散射片上产生散斑,并测量了散斑的相关参量。仿真和实验结果都表明,散斑颗粒的大小随着径向偏振涡旋光束的拓扑电荷数增大而减小;散斑颗粒的大小随着散射介质颗粒大小的增大而增大。同时我们还实验探究了部分相干光束对散斑的影响。通过比较相干激光光束产生的散斑对比度与不同相干度的部分相干光束产生的散斑对比度,我们发现部分相干光束可以降低散斑的对比度,并且由于部分相干光束的相干度越低,所生成的散斑的对比度也越低。因此根据散斑理论,我们发现部分相干光束在消散斑方面具有特殊的应用价值。
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