具有特殊空间相干结构光束的产生、传输及应用基础研究

In recent years, partially coherent beams with special coherent structures have been paid more and more attention owing to their physical significance and intriguing propagation properties. In this proposal, we mainly study the generation, propagation, self-healing properties of the partially coherent beams with special coherent structures and their applications in image system. Our research contents are focused on the following aspects: developing a new experimental method or approach for generating partially coherent beams with special coherent structures, and achievement of the dynamic modulating of coherent structure; studying the physical law and effects of these beams when they propagate through turbulent medium, and investigating the possibility of achieving the special intensity distribution and reducing turbulent degenerating through controlling the coherent structure; studying the self-healing ability of the partially coherent beams with special coherent structure and the effect of the coherent structure on the self-healing process;deducing the optical transfer function (OTF) of an image system illuminated by partially coherent beams with special coherent structure and analysis the influence of the coherent structure on image resolution, investigating the possibility of overcoming the conventional diffraction limit.

近年来，具有特殊空间相干结构的光束由于其丰富的物理性质和新颖的传播特性引起了人们极大的关注。本项目主要研究具有特殊空间相干结构光束的产生及相干结构的调控方法，此类类光束的传播、自修复特性及在成像系统中的效应和应用。重点研究以下几个方面:研究产生具有特殊空间相干结构光束的实验方法和途径，实现相干结构的动态调控；研究此类光束在随机介质中传播的物理规律和效应，探讨通过调控光束的相干结构获得特定形状的光斑及降低湍流介质影响的方法；研究这类光束被不透明光阑遮挡后在特定传输面上的光斑恢复能力，分析光束的相干结构在光束修复过程中所起的物理作用；推导用具有特殊空间相干结构的光束照明的成像系统中光学传递函数，探讨相干结构对成像分辨率的影响及突破传统衍射极限的可能性。

近年来，具有特殊相干结构部分相干光束由于其丰富的物理特性和传输特性引起了研究人员的广泛关注。在本项目中，我们利用动态散射体和空间光调制器相结合的方法，在实验上可以产生任意相干结构的谢尔模部分相干光束，实现了光束相干结构的动态调控，提出了一种利用干涉方法测量相干结构实部和虚部的实验方法。在此基础上，我们还研究了这类部分相干光束在大气湍流中的平均光强，光束扩展等统计特性，提出了一种利用卷积方法快速计算光束平均光强的方法，在室外真实的大气中，开展了部分相干光束在近地面链路中的光强闪烁，光束漂移及强度关联函数的研究，发现利用强度关联函数可以测量大气中各向异性因子。进一步，我们探讨了光束的相干性对这类光束在经过傍轴光学系统后的远场光强和偏振的自修复效应，发现相干性赋予了光束超强的自修复能力及抵抗湍流介质的能力，在相干性低的条件下，即使在光源面被挡住90%的光源面积，在远场处光束的光强和偏振都能很好的修复；最后本项目还研究了照明光源的相干结构在4f成像系统中影响，发现调控光源的相干结构能够突破传统的瑞利衍射极限，在实验上，我们利用拉盖尔-高斯关联光束作为照明光源，得到物体成像分辨率比衍射极限高15%。