激光在大气湍流中偏振与相干特性的研究

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1、分类号：O436学校代码：10109密级：公开太原科技大学硕士学位论文（学术型）学位论文题目：激光在大气湍流中偏振与相干特性的研究英文题目：InvestigationonPolarizationandCoherenceCharacteristicsofLaserinAtmosphericTurbulence研究生姓名：赵柯莹导师姓名及职称：赖云忠教授培养单位：应用科学学院学科专业：光学工程论文提交日期：2016年5月20日论文答辩日期：2016年6月5日答辩委员会主席：郜江瑞教授论文独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文，是本人在导师指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中

2、特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人或集体已经发表或撰写的研究成果。对本研究所做的任何贡献的个人或集体均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本声明产生的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：中文摘要中文摘要激光束在大气湍流中的偏振与相干特性是近些年受国内外激光和光学界长期关注的前沿课题之一。该研究工作可为自由空间光通讯在实际应用中提供理论模型和实验基础。本文以随机电磁双曲正弦高斯（ShG）光束为例研究了激光束在大气湍流中的偏振与相干特性，主要研究内容和成果如下：本文指出了研究工作的主要目的和意义，介绍了研究工作中所运用的理论基础及应用方法。最后，剖析了现阶

3、段该领域的研究热点。在光束通过大气湍流传输的基本理论中介绍了部分相干光的基本理论、大气湍流的特点、大气湍流折射率结构常数、大气折射率起伏功率谱模型。基于广义惠更斯-菲涅耳原理，以随机电磁ShG光束作为典型的随机电磁光束，推导出随机电磁ShG光束通过大气湍流传输时交叉谱密度矩阵元的解析表达式，并对随机电磁ShG光束通过大气湍流传输时偏振与相干特性作出详细分析。随机电磁ShG光束通过大气湍流传输时偏振态发生了变化。偏振态的变化与结构常2数、空间相关长度和Sh部分参数和传输距离z有关。随着结构常数C的减小或Sh部n分参数的增大，方位角发生跃变位置增大，偏振度P达到最小值和椭圆

4、率达到最大值的传输距离也会增大；当传输距离较远时，Sh部分参数Ω对偏振度P、方位角和椭0圆率的影响则可以忽略。随机电磁ShG光束在大气湍流传输时光谱相干度由大气湍流折射率结构常数、空间相关长度、部分双曲正弦参数，湍流内尺度观察点位置坐标等因素共同确定。随机电磁2ShG光束的相干度在自由空间与大气湍流中传输时有所不同。C的越大，或Sh部分参数nΩ越小，湍流的内尺度l0越小，相干度分布变为类高斯状的传输距离越短。0关键词：激光束；大气湍流；交叉谱密度矩阵；偏振态；相干度IABSTRACTABSTRACTInrecentyears，thepropertiesofcoher

5、enceandpolarizationoflaserinatmosphericturbulenceisoneofthefrontiertopicsintheareaofopticsandlaserindustryathomeandabroad.Theresearchworkcanprovidetheoreticalmodelandexperimentalbasisfortheapplicationoffreespaceopticalcommunications.Takingtherandomelectromagneticsinh-Gaussian(ShG)beamasex

6、ample,thepropertiesofcoherenceandpolarizationoflaserpropagatingthroughatmosphericturbulencearestudiedinthisthesis.Themainresultsobtainedareasfollows:Weemphasizethemotivationandsignificanceofthisdissertationandintroducethetheoreticalbasisandthefundamentalmethodusedinourwork.Then,thehotdoma

7、insinthisfieldaresummarizedandanalyzed.Finally,weintroducethebasictheoryofthebasictheoryofpartiallycoherentlight,thepropertiesoftheatmosphericturbulence:thestructureconstantoftheturbulentatmosphereandtherefractiveindexspectrumsmodelinthebasictheoryofbeampropagatingt