由于随机散射效应,相干光束经过强散射介质后,出射光场变成光强呈无序分布的散斑场,因此无法直接从出射场获取入射光的信息。然而,在随机散射过程中,出射散斑场仍然携带着入射光场信息。从散斑场中获取原始信息以实现物体的重建是一个备受关注的研究课题。研究人员针对该问题提出了包括散斑相关、传输矩阵、波前调控及时间反演与相位共轭等技术。着重介绍了基于相关全息原理的散射成像技术,主要包括其原理、发展历史以及最新的研究进展,并对该技术的未来发展趋势进行了展望。

为了研究非均匀偏振光束在海洋湍流中的光强特性, 采用广义的惠更斯-菲涅耳原理, 得到非均匀偏振光束经过海洋湍流传输后的光强分布,并对非均匀偏振光束在海水中传播的传输特性进行了研究。结果表明, 非均匀偏振光束的参量n和K越大, 其光强分布偏离高斯分布越明显, 但随着传输距离的增大, 海洋湍流对光束的影响也增大, 光强分布又回到高斯分布; 随着均方温度耗散率χT或温度与盐度波动的相对强度w的增大, 或者单位质量液体中的湍流动能的耗散率ε的减小, 非均匀偏振光束的光强分布就会更趋于高斯分布。该研究结果在海洋光通信以及成像方面存在潜在的应用价值。

本文采用分步相位屏方法来仿真椭圆涡旋光束在海洋中的实际传输情况，并对椭圆涡旋光束在海洋湍流中的传输光强和闪烁因子进行了仿真。研究发现，椭圆涡旋光束在海洋传输过程中，光斑会发生明显的旋转，同时光斑会产生暗核且暗核个数与光束的拓扑荷数相等。一个拓扑荷数为m的相位奇点会分裂成m个拓扑荷数为1的相位奇点，并且海洋湍流越强，光斑受到的干扰越严重。研究还发现，在较弱的海洋湍流中，随着传输距离的增加，椭圆涡旋光束的闪烁因子会低于高斯光束和涡旋光束的闪烁因子，而且在远距离处拓扑荷数越大闪烁因子降低越明显，同时也发现，传播一段距离后涡旋光束的闪烁因子会低于高斯光束的闪烁因子。在较强湍流中，椭圆涡旋光束的闪烁因子会交叠在一起。对于不同强度的海洋湍流，随着均方温度耗散率的增大，椭圆涡旋光束的轴上点闪烁因子也增大。在同一传输距离处，束腰宽度越小的椭圆涡旋光束闪烁因子越小。

为了研究涡旋光束和高斯光束在水下湍流中的闪烁特性，搭建了一套含有水下湍流的实验系统，利用循环泵控制水槽内湍流的强弱，使用闪烁仪测量光束的闪烁因子.利用这套实验系统，详细研究了涡旋光束和高斯光束在水下传输时的闪烁因子.研究结果表明，涡旋光束和高斯光束的闪烁因子随着传输距离的增大而增大，并且随着水下湍流强度增大，涡旋光束和高斯光束对应的闪烁因子也越大.在12.6 m的传播距离内，拓扑电荷m=2的涡旋光束的闪烁因子远大于高斯光束的闪烁因子.另外，在不同强度的水下湍流中，拓扑荷数m=6的涡旋光束传播到5.4 m时，其径向闪烁因子都先减小然后再增大.此外，拓扑荷数m=6的涡旋光束经过一定距离的传播后，其闪烁因子低于拓扑荷数m=4的涡旋光束的闪烁因子.本文研究结果对探索涡旋光束在海洋湍流中的应用具有重要价值.