随着电子技术的发展, 恒定束宽波束形成技术在应对复杂电磁环境的宽带侦察系统中得到了广泛应用。文章研究了恒定束宽宽带光学多波束形成的原理, 给出了利用窗函数获得实现恒定束宽的子带加权矩阵的方法, 提出宽带恒定束宽光学多波束形成的系统方案, 并通过仿真验证了所提方法可以形成方向性较好的宽带恒定束宽波束方向图。

摘要：本文基于非线性薛定谔方程并利用快速傅立叶变换的光束传输方法数值研究了一类无序势中的PT光局域化。通过比较实晶格与相应的PT对称晶格,可以发现实晶格中的有效光束束宽更宽。无序度越弱,光局域化的区域越长。此外,对于线性、聚焦和散焦非线性介质来说,聚焦非线性的有效束宽最小。

在高能激光合成、空间光通信及其他激光工程中的潜在应用方面,阵列涡旋光束逐渐受到人们的关注。基于多重相位屏的数值方法,研究阵列涡旋光束在von Karman湍流中的传输特性,分析了光场的演化情况。结果表明:光束传输一段距离后发生融合,融合后的光束拓扑荷与初始光场中子光束的拓扑荷相同。考虑到光斑扩展会导致拓扑荷的损失进而使得通信效率下降,分析了不同湍流和光束参量对光束相对束宽的影响。湍流强度对相对束宽影响较大,拓扑荷等其他参量均对其有不同程度的影响,相对于单束涡旋光,阵列光束具有更小的相对束宽。

在利用电荷耦合器件CCD对激光光束质量测量的过程中, 通过对比不同的激光波长, 分析了CCD的光电响应非线性特性对光束质量M2因子评价的影响。由于对未进行线性标定的CCD所测得的四种不同波长的激光器的光束束宽值相对比较大, 这会对激光光束质量的测量精度带来影响, 因此提出了一种新的基于面阵型光电探测器的光电响应标定方法。搭建基于CCD测量法的激光光束质量测量系统, 建立高斯型激光光束的近远场传输模型, 对激光束在传输方向上不同位置处的焦散廓形进行多次采样, 利用统计学方法得到CCD的光电响应线性区间。仿真和实验结果表明: 利用CCD光电响应特性的标定结果对图像进行非线性灰度修正, 对比国际标准激光光束质量分析仪, 所测得的激光光束质量M2因子更加准确且相对误差降低了2.36%。提出的方法可有效提高激光光束质量M2因子的测量精度, 对于评价激光光束质量具有重要的应用价值。

最近人们[1-3]提出了一类反射式梯度特异材料表面系统, 此系统可以高效地将入射波转换成被束缚于材料表面的表面波, 这个系统成为连接行波和表面波的一座桥梁。以往人们研究梯度特异材料表面的反射特性时多是以入射平面波为主, 这里我们结合实际, 以入射的高斯光束作为研究对象, 讨论梯度特异材料表面对其的反射特性, 尤其是高斯光束的主入射角和束腰对反射行为的影响, 得到了与平面波入射不同的反射现象。对于临界角为17.2°的梯度特异材料表面, 束腰为4 的高斯光束以主入射角分别为0°、10°、30°入射时, 我们发现随着主入射角的变大, 入射高斯光束转变为表面波的比例增大; 而固定主入射角为30°, 我们通过改变束腰, 发现束腰越大, 波矢分布越窄, 越接近于平面波, 转变为表面波的效率就越高。在数值模拟中, 反射光束出现了明显的Goos-Hansen位移现象。同时还出现了类似光栅反射的特点, 即分叉现象, 这是由于模拟计算时网格不能无限小, 梯度特异材料表面不能模拟为折射率连续变化的材料而应该是阶跃式变化的材料。由于实际制备的梯度特异材料表面是人工微结构的排列, 因此微小的阶跃式变化的梯度特异材料表面更为实际。我们的工作对于利用梯度特异材料表面将入射高斯光束转变为表面波具有指导意义。

利用数值模拟方法，采用桶中功率为86.5%定义的环围功率束宽作为光束扩展的评价参数，研究了环状光束在大气湍流中沿斜程路径传输的光束扩展。研究结果表明，自由空间中遮拦比越大，远场光强旁瓣越明显。大气湍流造成光强旁瓣消失，且远场光强分布并不是高斯分布。光束扩展随着遮拦比和天顶角的增大而增大，大气湍流对光束扩展的影响也随天顶角的增大而增大。当遮拦比较大或较小时，湍流对光束扩展影响随遮拦比的增大而减小；当遮拦比中等大小时，湍流对光束扩展的影响几乎不随遮拦比而变化。与已有研究结果比较发现，按照桶中功率不同百分比定义的环状光束环围功率束宽受大气湍流影响规律是不同的，研究结果对实际应用具有意义。

为了研究截断高斯-谢尔光束在非Kolmogorov 湍流中的相对扩展。采用广义惠更斯-菲涅耳原理和积分变换技术求解出了光束在非Kolmogorov 湍流中的二阶矩束宽和相对束宽的表达式，并定量地研究了束宽和相对束宽随束腰w0 、相干参数α 、截断参数δ 及湍流广义指数γ 的变化规律。研究发现α 和δ 越小，湍流对光束扩展的影响则越小，湍流对光束扩展的影响随w0 和γ 的增大而先增大后减小，并对主要结果给出了相应的物理解释。

根据广义惠更斯-菲涅耳原理及交叉谱密度矩阵推导出部分相干径向偏振光束及高斯光束在大气通信中二阶矩束宽的解析表达式,同时通过对比大气湍流强度、相干长度及光源波长对两种光束在大气通信中束宽展宽及角扩展的影响,说明部分相干径向偏振光束在大气通信中更具优越性.研究表明,部分相干径向偏振光束及高斯光束在大气湍流中的传输都满足如下规律：大气湍流强度越大,则束宽展宽越大,角扩展越大:光源相干长度越大,则光束受大气湍流的影响越大,角扩展越小:光源波长越长,光束受大气湍流的影响越小,角扩展越大.但大气湍流强度、光源相干长度及波长三方面对部分相干径向偏振光束束宽展宽的影响远小于其对高斯光束束宽展宽的影响,即同一参数下,高斯光束束宽展宽远大于部分相干径向偏振光束束宽展宽.此外,高斯光束的角扩展不仅与上述三参量有关,还受其光束束腰宽度影响,而光束的束腰宽度对部分相干径向偏振光束的角扩展并不产生影响.以上结论表明部分相干径向偏振光束相对于高斯光束更有利于在大气湍流中传输,同时关于大气湍流强度、光源相干长度及波长三参量的研究,对于部分相干径向偏振光束在大气光通信中的应用具有指导作用.

采用强度矩量分析法得到拉盖尔高斯涡旋光束的波束宽度及发散角。利用复源点方法得到厄米高斯光束的球矢量波函数展开形式，结合厄米多项式与拉盖尔多项式的转换关系，推导得到拉盖尔高斯涡旋光束展开为球矢量波函数的表达式。利用广义洛伦兹Mie理论，研究了拉盖尔高斯涡旋光束对癌细胞的散射特性。数值分析了不同模阶数及不同传输距离的拉盖尔高斯涡旋光束在垂直于传播方向横截面的强度和相位分布。结果表明：随着径向、方位向模阶数及传输距离的增加，拉盖尔高斯涡旋光束的光斑尺寸变大，另外随着传输距离的增加，拉盖尔高斯涡旋光束的相位结构呈现不同于源平面的特点。利用拉盖尔高斯涡旋光束的强度分布特征来解释不同模光束入射的散射强度的角分布特点。

基于广义惠更斯菲涅耳原理，推导出部分相干厄米高斯（HG）光束通过斜程大气湍流传输的均方根束宽和角扩展的解析表达式，并用以研究了传输路径和光束阶数对部分相干HG光束传输的影响。引入相对束宽和相对角扩展来定量描述光束抗拒大气湍流的能力。结果表明：在相同条件下，部分相干HG光束斜程传输受大气湍流的影响要小于水平传输，与水平传输相比斜程传输更有利于部分相干光束在大气湍流中的传输，光束阶数越大部分相干HG光束受大气湍流的影响越小。