1 苏州大学物理科学与技术学院，江苏 苏州 215006
2 山东师范大学物理与电子科学学院，山东 济南 250358
回顾了光场相干与偏振联合调控的研究进展，重点介绍了具有特殊空间相干结构的二维部分相干矢量光束的表征、合成及在复杂环境中的鲁棒传输特性；结合纳米光子学的发展，将二维部分相干矢量光束推广到了三维部分相干矢量光场，给出了三维部分相干矢量光场的相干与偏振表征，分析了部分相干紧聚焦矢量光场中的三维偏振结构，包括偏振维度、三维非寻常偏振态、自旋角动量结构等。研究表明相干性在赋予了矢量结构光场新颖自由度的同时，导致了二维矢量光束的鲁棒传输特性以及紧聚焦矢量光场新型三维偏振结构。
部分相干光场 矢量光场 光场调控 相干与偏振 光场相干结构调控 光学学报
2024, 44(10): 1026007
1 成都师范学院物理与工程技术学院，四川 成都 611130
2 宜宾学院四川省计算物理高校重点实验室，四川 宜宾 644000
类比相干光束中刃型位错概念，提出一种新的相干奇点——相干刃型位错。对高斯-谢尔模光束携带的相干涡旋和刃型位错在海洋湍流中的相互作用进行研究。基于扩展的惠更斯-菲涅耳原理，得到了该光束在海洋湍流环境下的交叉谱密度表达式，并将其用于研究相干涡旋和刃型位错的相互作用。研究发现：相干刃型位错在相干涡旋的作用下发生断裂并转化成相干涡旋。在光束传输过程中，光场中有单个或成对相干涡旋的产生或湮灭现象发生。二者之间的作用特点不仅与传输距离有关，还受光束初始参数和海洋湍流参数的影响。二者之间的作用规律与自由空间光涡旋和刃型位错的作用规律不同。
激光光学 奇点光学 部分相干光束 相干奇点 相干涡旋 海洋湍流
郜鹏 1,2,3,*王文健 1,2,3,**卓可群 1,2,3刘欣 1,2,3[ ... ]郑娟娟 1,2,3
1 西安电子科技大学物理学院，陕西 西安 710171
2 复杂环境光电感知教育部重点实验室，陕西 西安 710171
3 陕西省高校功能纳米材料工程研究中心，陕西 西安 710171
定量相衬显微可以在无荧光标记的前提下实现对透明样品的高衬度、定量化相位成像，对活细胞及其动态过程观测具有重要意义。然而，传统的定量相衬显微需要记录3幅相移图像才能获得样品定量的相位图像，耗时较长。提出一种基于双通道卷积神经网络的定量相衬显微相位重建方法。该方法可以利用2幅相移图像获得样品的定量相位图像，将传统定量相衬显微的成像速度提高了1.5倍，重建速度提高了1个数量级。实验中，利用COS7细胞的数据对网络进行训练，该网络可以成功实现对3T3细胞的定量相位成像，说明该网络具有一定的泛化能力。该方法有望为活细胞以及亚细胞器互作网络的动态观测提供有力手段。
定量相位成像 部分相干照明 深度学习 卷积神经网络 激光与光电子学进展
2024, 61(2): 0211011
1 长治学院 物理系 山西 长治 046011
2 西安电子科技大学 物理学院 陕西 西安 710071
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。
海洋湍流 部分相干Lommel -高斯光束 传输因子 有效曲率半径 oceanic turbulence partially coherent Lommel-Gaussian beam propagation factor effective radius of curvature 量子光学学报
2023, 29(4): 040701
拉盖尔-高斯光束由于其特有的涡旋特性使其在大气传输过程中具有更好的稳定性。实际激光输出存在的部分相干性将对光束传输具有明显的影响，在大功率输出模式下，克尔效应的产生也会影响到光束传输的特性。本文从部分相干拉盖尔-高斯光束的交叉谱密度方程出发，推导了克尔效应作用下光束的传输表达式，利用分步傅里叶变换，对高功率部分相干涡旋传输中的克尔效应过程进行了模拟，并对比了不同参数影响下，光束相干性不同时克尔效应的差异。结果表明，克尔效应有助于维持光强的环状结构，提高拓扑荷数能够有效地缓解因相干度降低而造成的涡旋结构衰退的现象。
物理光学 拉盖尔-高斯光束 部分相干 克尔效应 环状结构 光学学报
2023, 43(20): 2026002
1 太原科技大学应用科学学院，山西 太原 030024
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室，安徽 合肥 230031
基于Collins公式推导了扭曲椭圆高斯谢尔模光束在经过高斯吸收型障碍物后传输的场分布解析表达式，得到了一种有效增强光束自修复能力的基础扭曲光束模型，分析了光源各参数对光束自修复特性的影响，揭示了光束强度、相干度和轨道角动量通量密度在被障碍物部分遮挡后传输的规律以及三者之间的内在联系，解释了扭曲光束自修复特性的内在原理。研究表明，适当减小相干长度和扭曲因子可以在保留扭曲光束特性的同时增强光束的自修复能力。该研究结论有助于优化部分相干光在自由空间传输的整体性能，在自由空间光通信、激光雷达、遥感成像等领域具有潜在的应用价值。
相干光学与统计光学 激光传输 部分相干光 扭曲相位 轨道角动量 自修复 激光与光电子学进展
2023, 60(17): 1703001
四川师范大学物理与电子工程学院，四川 成都 610068
围绕减小碎片靶面上光斑尺寸从而提高靶面光强的问题，采用解析方法研究了部分相干脉冲光（PCLP）在非均匀大气中的准稳态自聚焦效应对空间靶面光束质量的影响。推导出了PCLP从地面上行大气传输至空间轨道的束宽、曲率半径和实际焦距的解析表达式。研究表明，准稳态自聚焦效应会导致焦移，从而导致靶面光斑尺寸增大。指出采用准稳态和稳态修正焦距方法可以有效抑制准稳态自聚焦效应，从而减小碎片靶面光斑尺寸。推导出了PCLP的准稳态和稳态修正焦距的解析表达式，并给出了其适用条件。研究发现，采用准稳态修正方法能获得比稳态修正方法更小的靶面光斑尺寸，但稳态修正方法更易实现。
大气光学 准稳态自聚焦效应 激光大气传输 部分相干脉冲光 靶面光斑尺寸 光学学报
2023, 43(12): 1201005
季华实验室光电科学与技术研究部，广东 佛山 528200
应用于激光剥离、激光退火、激光转移等领域的大功率纳秒紫外激光器的输出激光通常是强度分布不均匀的部分相干光，为满足精密加工的高均匀度要求，开展了基于成像型微透镜阵列的紫外激光匀化技术研究。利用伪模分解理论和角谱衍射传输算法，建立了快速计算部分相干光通过微透镜阵列匀化系统的数值模型，并以准分子激光为仿真光源，通过对离焦量、阵列间距等参数的分析，确定了最佳设计参数，实现了边缘锐利的高均匀度方形光束输出。此外，详细讨论了微透镜阵列失调对光束形貌和均匀度的影响，并通过实验说明了理论设计的可靠性和参数影响分析的准确性。
激光光学 紫外激光 部分相干光 激光匀化 微透镜阵列 失调 光学学报
2023, 43(10): 1014005
光子学报
2022, 51(12): 1214001
研究各向异性大气湍流中部分相干扭曲涡旋光束（PCTVB）的M2因子，并对其进行了数值模拟。研究结果表明，通过联合调控PCTVB的扭曲因子和涡旋因子，能有效降低湍流对光束传输质量的影响：调控扭曲因子和拓扑荷越大，PCTVB能更加有效地抑制湍流对光束传输质量的影响；调控扭曲因子和拓扑荷同号，PCTVB的抗湍流能力得到增强。对传统高斯谢尔模光束（GSMB）与PCTVB的M2因子进行了比较，结果表明PCTVB的抗湍流能力明显强于传统GSMB。此外，还发现各向异性因子可以弱化湍流对光束传输质量的影响，且各向异性因子越大，湍流对光束传输质量的影响越小。
部分相干扭曲涡旋光束 M2因子 角扩展 各向异性大气湍流 partially coherent twisted vortex beam M2-factor angular width anisotropic atmospheric turbulence
