行业资料-电子功用-一种随机电磁高斯谢尔模涡旋光束的产生及测量装置.pdf

偏振光学中被广泛应用的Stokes参量已由单点函数扩展到两点函数，并用于研究随机电磁光束的偏振度和相干度问题。广义Stokes参量成为部分相干光学研究的一个新的热点，正逐步成为与交叉光谱密度矩阵等价的研究方法。基于广义衍射积分公式，导出了广义Stokes参量通过轴对称或非对称光学系统的传输方程，并应用Stokes参量研究随机电磁光束中完全偏振部分的偏振态(包括偏振度、偏振椭圆的方位角、椭率角)变化问题。分析了随机电磁高斯-谢尔模型光束通过双焦系统的偏振态变化规律。

以随机电磁-双曲正弦-高斯(Sh G)光束作为典型的随机电磁光束,根据广义惠更斯-菲涅耳原理推导出随机电磁Sh G光束在大气湍流中的交叉谱密度矩阵元的解析表达式,用以研究随机电磁Sh G光束在大气湍流中的横向偏振度的变化。研究结果表明,随机电磁Sh G光束在大气湍流中传输时,横向偏振度的分布随位置的不同而不同,结构常数C2n越小,或Sh部分参数Ω0越大,或互相关空间相关长度σxy(σyx)越大,横向偏振度的分布变为双峰状、平顶状、单峰状的传输距离越长。

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,以随机电磁双曲正弦高斯(ShG)光束作为典型的随机电磁光束,推导出随机电磁ShG光束在大气湍流中交叉谱密度矩阵元的解析表达式,并用以研究了随机电磁ShG光束在大气湍流中轴上偏振度、方位角和椭圆率的变化。结果表明,随机电磁ShG光束在大气湍流中轴上偏振度、方位角、椭圆率的变化与结构常数、Sh部分参数、空间相关长度和传输距离有关。随着结构常数的减小,或Sh部分参数的增大,方位角θ发生跃变位置增大,偏振度P达到最小值和椭圆率ε达到最大值的传输距离增大。当传输距离较远时,Sh部分参数Ω0对偏振度P、方位角θ和椭圆率ε的影响可以忽略。该研究工作可为随机电磁光束在自由空间光通信中偏振态的分析提供理论基础和实验依据。

采用部分偏振高斯谢尔模型（PGSM）描述随机电磁光束，运用维格纳分布函数（WDF）研究了随机电磁光束阵列的光束偏振特性与传输变换特性。推导出了阵列光束通过傍轴光学系统ABCD的传输方程和重要的光束特征参数，如光束偏振度（P）、光束传输因子（M2）、峭度（K）以及光强分布的解析表达式。研究表明，阵列光束的P、M2、K、光强分布和束宽依赖于总的空间相干度α、间距xd、束腰宽度w0和PGSM子光束数目N。阵列光束偏振度P随传输距离而变化，并且变得不均匀；P也随归一化间距x′d变化。