1 西安工业大学光电工程学院， 陕西 西安 710021
2 西安电子科技大学物理与光电工程学院， 陕西 西安 710071
基于广义惠更斯-菲涅耳原理和Stokes参数法研究了部分相干平顶电磁光束在湍流大气中斜程传输的偏振度特性，不仅讨论了电磁光束同一极化方向上的偏振度以及交叉极化的偏振度，还讨论了光束阶数、天顶角、频率、接收高度等因素对偏振度的影响。数值分析结果表明：激光在湍流大气中斜程传输时通过提高接收高度可减小天顶角对偏振度的影响；光束偏振度随着光束阶数的增大而减小；在中心角频率附近，偏振度随着频率的增大而减小；与只考虑同极化的偏振度不同，考虑交叉极化的偏振度时，偏振度随着传输距离的增大，变化无界。
大气光学 湍流大气 偏振度 交叉谱密度矩阵 斜程传输 平顶光束 中国激光
2016, 43(11): 1105001
1 华侨大学 信息科学与工程学院，福建 厦门 361021
2 宜宾学院，四川 宜宾 644000
利用杨氏双缝和马赫曾德干涉提出一种检测随机电磁光束的广义斯托克斯参数的实验方法.部分相干光通过杨氏双缝后，用光阑、半波片和偏振片组成的马赫曾德干涉光路进行处理，检测干涉条纹的相干度和单个缝的光场强度，得到光束的交叉谱密度矩阵，进而得到光束的广义斯托克斯参数.实验结果表明，同方向偏振的光分量的空间相干度高于正交偏振方向的光分量.该方法可用于研究光束传播过程中的偏振特性和相干特性的变化.
广义斯托克斯参数 电场交叉谱密度矩阵 杨氏双缝 马赫曾德干涉 部分相干光 Generalized Stokes parameters Electric crossspectral density matrix Young′s double slits MachZehnder interferometer Partially coherent light
建立了随机电磁光束通过大气湍流的传输模型, 并对比研究了高斯-谢尔模光束在大气湍流和自由空间的传输特性。研究表明, 光谱偏振度随传输距离变化, 并在远场趋于稳定; 得到了远场稳定偏振度的解析表达式, 其在大气湍流传输中与光束的自相关长度和互相关长度无关; 光谱相干度在自由空间的远场趋于1, 而在大气湍流的远场趋于0, 并且湍流强度越大光谱相干度下降越快, 光谱密度衰减越快。
交叉谱密度矩阵 高斯-谢尔模光束 光谱密度 光谱偏振度 光谱相干度 自由空间 大气湍流 cross-spectral density matrix Gaussian Schell-model beams spectral density spectral degree of polarization spectral degree of coherence free space atmospheric turbulence
为了研究高斯-谢尔模型光束的偏振特性, 采用交叉谱密度矩阵的方法, 研究了该光束通过聚焦光学系统的偏振特性, 得到了完全偏振和完全非偏振光束保持偏振度不变的条件, 并给出了通过聚焦光学系统后传输平面偏振度实现均匀分布的条件。结果表明, 聚焦光学系统中偏振度在焦点位置附近有明显的起伏变化; 焦点位置上的偏振度等于其在自由空间传输时的远场稳定偏振度。该研究对激光传输领域具有重要的理论和现实意义。
激光光学 偏振特性 交叉谱密度矩阵 高斯-谢尔模型光束 聚焦光学系统 laser optics polarization properties cross-spectral density matrix Gaussian-Schell model beam focal optical system
合肥工业大学计算机与信息学院, 合肥 230009
光束在自由空间中传输时, 其偏振特性随传输距离和光源参数的改变显示出不同的变化规律。为了研究其变化规律, 以偏振相干统一理论为基础, 仿真分析了各向同性和异性光束在自由空间传输时的偏振度变化规律。结果表明, 光束在自由空间中传输时, 光谱总密度随着传输距离的增加而逐渐降低, 偏振度在经过长距离传输后会达到稳定; 波长及光斑影响偏振度达到稳定状态距离, 相干长度影响其到达稳定值的大小。对于非偏振和全偏振光束在自由空间传输时, 只在特定条件下光谱的偏振度会保持不变。
偏振光学 自由空间 偏振相干理论 交叉谱密度矩阵 Polarization optics Free space Unified theory of coherence and polarization Cross-spectral density matrix
根据推广的惠更斯-菲涅耳原理和Rytov相位结构函数二次近似, 推导出高斯-谢尔模型光束在湍流大气传输中交叉谱密度矩阵的表达式, 研究了湍流对椭圆偏振高斯-谢尔模型光束传输中的偏振特性影响, 并与部分偏振高斯-谢尔模型光束进行了对比分析.结果表明, 相对于部分偏振高斯-谢尔模型光束, 椭圆偏振高斯-谢尔模型光束在湍流大气传输中偏振度、方位角以及椭圆度的变化受湍流的影响较小.同时得到椭圆偏振高斯-谢尔模型光束在湍流大气斜程传输中偏振度的变化幅度比部分偏振高斯-谢尔模型光束的小, 而方位角和椭圆度的变化幅度比部分偏振高斯-谢尔模型光束的大.
大气湍流 椭圆偏振激光 偏振特性 交叉谱密度矩阵 Atmospheric turbulence Elliptically polarized laser beams Polarization properties The cross-spectral density matrix
国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
相干和偏振是统计光学体系中紧密联系的两个方面, 对激光的传输性质有重要的影响。介绍了相干偏振的基本理论, 尤其是以交叉谱密度矩阵为基础的相干和偏振的统一理论。分析介绍了当前该领域的研究热点: 偏振特性的传输变化、部分相干光散射理论、谱交叉偏振度(SDCP)和三维随机电磁光束。对相干偏振理论的相关问题进行了总结和展望。
相干 偏振 交叉谱密度矩阵 偏振特性 散射 谱交叉偏振度(SDCP) Stokes参量 coherence polarization cross-spectral density matrix polarization property scatter spectral degree of cross-polarization(SDCP) Stokes parameters
推导了高斯谢尔模光束通过 ABCD光学系统的交叉谱密度矩阵，研究了该条件下光谱偏振度的变化情况。比较研究了高斯谢尔模光束通过自由空间和聚焦光学系统的情况。研究表明，在自由空间中传输足够远的距离后光谱偏振度将达到稳定，在聚焦光学系统中光谱偏振度在焦面位置附近有明显的起伏变化，两者都与光源参量的选择有关。特别指出，位于焦面上的光谱偏振度等于其远场的光谱偏振度稳定值。
相干光学 高斯谢尔模光束 ABCD光学系统 交叉谱密度矩阵 光谱偏振度 coherence optics Gaussian Schell-model beams ABCD optical system cross-spectral density matrix spectral degree of polarization
国防科学技术大学光电科学与工程学院， 湖南 长沙 410073
推导了三孔干涉条件下的交叉谱密度矩阵，研究了该条件下部分相干光偏振特性的变化情况。比较了x、y方向场分量不相关和相关的情况，并与同样条件下双孔干涉的偏振度变化进行了对比。研究表明，偏振度在观察面上是振荡变化的，离中心越远振荡越剧烈；不同位置的偏振度传输足够长的距离后都将趋于稳定，其稳定值与参量Bxy和δxy有关，且离中心越远其偏振度达到稳定的传输距离越长；轴上偏振度与三孔的初始相干度是密切相关的。特别指出，当x、y方向场分量相关时，对应点偏振度的值远远大于其不相关的情况。
相干光学 偏振度 交叉谱密度矩阵 部分相干电磁光束 相关系数 初始相干度
1 四川大学 激光物理与化学研究所,四川 成都 610064
2 洛阳师范学院 物理系,河南 洛阳 471022
从随机电磁光束的相干和偏振性的统一理论出发,利用交叉谱密度矩阵传输公式,推导出随机双曲余弦高斯(ChG)电磁光束通过透镜后2×2交叉谱密度矩阵的传输解析公式,并用以表示任意两点的互偏振度,即纵向互偏振度(LDCP)和横向互偏振度(TDCP)。研究表明,随机ChG电磁光束的互偏振度与透镜焦距及随机ChG电磁光束的参数,例如随机ChG电磁光束系数比、离心参数和自相关长度等有关。随机高斯谢尔模型(GSM)电磁光束通过透镜的互偏振度可作为随机ChG电磁光束离心参数为0的特例得出。对主要结果用数值计算作了说明,并给出相应的物理解释。
物理光学 互偏振度 随机双曲余弦高斯电磁光束 交叉谱密度矩阵
