利用维格那分布函数, 推导部分相干Lommel -高斯光束通过海洋湍流的有效曲率半径和传输因子的表达式, 并分析光束的有效曲率半径和传输因子的传输性质。结果表明, 部分相干Lommel -高斯光束在海洋湍流的传输性质和部分相干贝塞尔 -高斯光束相同, 但是部分相干Lommel -高斯光束连续的轨道角动量分布特点使得其相较于后者更有优势。数值分析海洋湍流参数, 包括盐度温度波动平衡参数、温度方差耗散率以及湍流动能耗散率对部分相干Lommel -高斯光束的有效曲率半径和传输因子的传输的影响。该研究工作可为激光水下通信和激光**等实际应用提供理论基础和实验依据。

高超声速飞行器在临近空间飞行过程中会产生等离子体鞘套, 这种等离子体鞘套的存在会严重干扰地面与飞行器之间的通信。针对这一问题, 在计算球锥流场的基础上, 根据流场温度、压强分布以及空气离解反应模型建立了等离子体鞘套模型, 并基于时域有限差分方法研究了不同飞行速度、不同入射角度下太赫兹波在等离子体鞘套中的传输特性。结果表明, 在不同的飞行速度和入射角度下, 太赫兹波都可以有效地穿透等离子体鞘套。该研究对实现临近空间与高超声速飞行器的通信具有重要意义。

轨道角动量(OAM)作为一个全新的通信复用维度,在大气激光通信、卫星通信等领域有着广泛的应用价值。主要采用双路多进制OAM调制进行信息的传输,利用两路多进制信号产生具有不同拓扑荷值的涡旋光束再进行相干叠加,产生不同的光强图案,在接收端利用CCD相机记录下光强信息,通过光强信息可以识别不同的符号信息。采用双路四进制信息传输时,可以产生16种不同的光强图案,为了保证光强图案的差异性,提出了一种基于光强相关性的编码方案,同时探索了大气湍流对光强的影响。使用卷积神经网络(CNN)进行光强信息的识别,能够显著提高大气湍流影响下光强信息的识别率。

为了抑制窄线宽脉冲光纤放大器中受激布里渊散射效应, 使用多谱线技术对单频种子源的线宽进行了拓展, 进行了基于三谱线的主振荡功率放大高峰值功率脉冲全光纤激光器实验验证。结果表明, 经过两级预放、一级功放, 获得激光输出的最大平均功率为303W, 脉宽为2.8ns, 重复频率为3.1MHz, 对应的峰值功率为35kW, 在最高功率输出情况下, 激光器的光束质量小于1.3; 三谱线结构对受激布里渊散射有着明显的抑制作用。该研究为高峰值功率的脉冲光纤激光器放大技术提供了参考。

运用广义洛伦兹-米散射理论(GLMT)研究了高阶矢量贝塞尔涡旋波束的单球形气溶胶粒子的散射特性,将直角坐标系下沿 z轴方向传播的贝塞尔波束的电磁场强度各分量表达式转化成球坐标系下各个分量的表达式,使用GLMT中的积分局部近似法计算贝塞尔涡旋波束的波束因子,进而计算在轴入射的高阶矢量贝塞尔涡旋波束的单球形气溶胶粒子散射。以硝酸铵球形粒子为例,通过数值计算,讨论了不同拓扑荷数和半圆锥角矢量贝塞尔涡旋波束与气溶胶粒子作用的微分散射截面随散射角变化的分布,以及消光截面、散射截面和吸收截面随均匀球形气溶胶粒子尺寸参数的变化情况。结果表明,随着贝塞尔涡旋波束拓扑荷数的增大,粒子微分散射截面值逐渐减小;拓扑荷数一定的贝塞尔涡旋波束随着光束半圆锥角的增大,消光截面、散射截面和吸收截面各值整体上趋向减小。

分析了硫酸铵、硫酸、硝酸盐、碳和有机碳等组成的雾霾污染物团簇。基于团簇-团簇凝聚(cluster-cluster aggrogation, CCA)模型, 模拟构建不同成分,不同形状团簇粒子。在此基础上运用离散偶极子法计算了雾霾团簇粒子的光散射性质,进而仿真计算了不同形状的 雾霾团簇粒子的光学散射,分析了雾霾团簇粒子散射场强度随散射角、效率因子与尺度因子变化关系,偏振度随散射角的变化结果。 计算结果可用于分析大气雾霾特性和大气光传输特性。

运用空间矢量角谱法,分析了低阶拉盖尔高斯光束(LGB)在空间中的非傍轴矢量传输特性,得到了LGB远场矢量分布的解析式。基于广义Mie散射理论,分析了单个均匀球形粒子对LGB的散射特性。研究结果表明,随着LGB拓扑荷数的增大,光斑中空的面积增大,位于光轴上的微分散射截面减小;随着粒子尺度参数的增大,消光效率因子、散射效率因子和吸收效率因子出现峰值,并且峰值随着拓扑荷数的增大向着粒子尺度增大的方向移动。

报道一种高峰值功率、线偏振、窄线宽、纳秒脉冲的全光纤激光器。种子源激光器产生的单频连续激光通过一个电光强度调制器实施调制, 为抑制受激布里渊散射(SBS), 脉宽设置为2.8 ns, 重复频率为1.59 MHz。经两级预放、一级功率放大进行放大, 激光最大平均输出功率为139 W, 峰值功率为31 kW。实验过程中未发现受激拉曼散射(SRS), 功率的提升受限于SBS。在最高功率输出情况下, 激光器的光束质量小于1.3。受限于(6+1)×1保偏合束器, 激光器的偏振消光比为14.5 dB。

基于非傍轴矢量光束传输理论, 研究了拉盖尔高斯光束的远场特性。运用角谱衍射公式以及稳相法, 得到了初始为线偏振态的拉盖尔高斯光束传输一段距离后的矢量电场分布的解析表示式。数值计算了初始为x方向偏振的拉盖尔高斯光束沿z轴传播时各方向的电场分量及等相面空间分布。结果表明, 传输一段距离后, 出现了平行于传播方向的电场分量, 其强度分布呈双峰结构, 且其值远小于垂直电场方向的分量值; 随着拓扑荷数的增加, 该平行分量增加, 光斑发散程度也相应增强。该光束等相面呈螺旋状分布。