【摘 要】
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振幅与位相调制光束的传输特性是一个十分重要的研究课题。经振幅或位相调制产生的部分相干光束、涡旋光束和高阶贝塞尔光束具有种种特点,研究其传输特性对于其在惯性约束核聚变(ICF)、光学通信和光学操控等方面的应用具有重大意义。在本论文中,我们对经振幅或位相调制产生的部分相干光束、涡旋光束和高阶贝塞尔光束在传输过程中的光强、相干度和偏振度变化进行了详细的研究,同时研究了大功率多芯红光LED的空间相干特性,
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振幅与位相调制光束的传输特性是一个十分重要的研究课题。经振幅或位相调制产生的部分相干光束、涡旋光束和高阶贝塞尔光束具有种种特点,研究其传输特性对于其在惯性约束核聚变(ICF)、光学通信和光学操控等方面的应用具有重大意义。在本论文中,我们对经振幅或位相调制产生的部分相干光束、涡旋光束和高阶贝塞尔光束在传输过程中的光强、相干度和偏振度变化进行了详细的研究,同时研究了大功率多芯红光LED的空间相干特性,论文的主要内容为:1.基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分和相干偏振统一理论,研究了随机电磁光束经振幅调制透镜的聚焦特性,推导出了电磁高斯-谢尔模型(EGSM)光束在经振幅调制透镜聚焦的交叉谱密度矩阵解析式,通过数值计算分析了EGSM光束经振幅调制透镜聚焦的光强分布。研究结果表明振幅调制半径、调制位置和透过率以及空间位置和相干长度都会对EGSM光束的聚焦光强分布产生影响,当振幅调制半径在某一定值的时候,聚焦光斑存在被极度压缩的现象,此时聚焦中心光斑能量最大。通过对振幅调制半径、调制位置、透过率以及空间位置和相干长度参数的改变,可以获得不同形状的光强分布。2.基于广义惠更斯-菲涅尔衍射积分和相干偏振统一理论,研究了有振幅和位相调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间的传输特性,推导出了有振幅和位相调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的交叉谱密度矩阵解析式,通过数值计算分析了有振幅和位相调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的光谱强度分布。研究结果表明振幅和位相调制半径、调制深度都会对部分相干方形平顶脉冲电磁光束的光谱强度分布产生影响,有振幅和位相调制的部分相干方形平顶脉冲电磁光束在自由空间传输的光谱强度分布与相干长度、脉冲时间相干长度和传输距离有关。3.理论和实验研究了涡旋光束经椭圆环形光阑衍射的夫朗和费图样,研究结果表明,远场衍射光强分布中呈现出一些暗孔,并且椭圆环形光阑的离心率越大,图样中暗孔越清晰;随着内环椭圆和外环椭圆长短轴长度之比增大,衍射现象越明显;夫朗和费衍射光强分布中的暗孔数目恰好等于入射的待测涡旋光束的拓扑电荷数,并且每个暗孔的中心对应于一个位相奇点,根据这种特性我们可以测量涡旋光束的拓扑电荷数。4.以菲涅耳-基尔霍夫衍射理论为基础,研究了高阶贝塞尔光束穿过非线性光学介质的衍射效应,从而解释高阶贝塞尔光束的Z扫描现象。通过对使用高斯光束、零阶贝塞尔光束、一阶贝塞尔光束、二阶贝塞尔光束和三阶贝塞尔光束的归一化Z扫描曲线对比,表明使用高阶贝塞尔光束较使用零阶贝塞尔光束的Z扫描具有更高的灵敏度。高阶贝塞尔光束的Z扫描为测量介质非线性光学系数提供了一种更为精确的测量方法。5.基于范西泰特-策尼克定理,研究了大功率多芯红光LED辐射光的空间相干性,理论计算表明大功率多芯红光LED辐射光在空间传输之后由非相干光变为部分相干光,并且随着传输距离的增大相干性变好。另外我们发现大功率多芯红光LED辐射光的空间相干性与其芯片分布有关。通过杨氏双缝干涉实验我们测量了大功率多芯红光LED辐射光的空间相干性,实验结果与理论计算相吻合。
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