部分相干高阶高斯光束产生及传输特性研究

部分相干高阶高斯光束（主要指拉盖尔-高斯光束和厄米-高斯光束）由于其丰富的物理特性以及极具潜力的应用前景受到了广泛地关注。本项目理论结合实验研究部分相干高阶高斯光束的产生方法及其传输性质。主要研究以下几个方面的问题：产生部分相干高阶高斯光束的实验系统；部分相干高阶高斯光束经过湍流介质的传输机理，分析湍流介质引起光束性质的改变，探索通过控制光束的初始参数降低湍流影响；部分相干高阶高斯光束的矢量结构特性及经过光学系统的传输特性，探索利用调节相干性和偏振特性来调控光强的空间分布；发展新的检测技术，测量光束经过光学系统和湍流介质的偏振态、相干长度、光强分布等参数。本项目的工作将丰富部分相干高阶高斯光束的传输理论，为部分相干高阶高斯光束在光通信和光学微操控中的应用提供理论和实验依据。

近年来，部分相干高阶高斯光束引起了人们的兴趣，它不仅具有高阶高斯光束基本的特点，而且相干特性的引入使部分相干高阶高斯光束出现了许多不同于高阶高斯光束的特性，导致光束在时空演化及与介质相互作用方面出现新的效应。在本项目，我们主要开展了一下几方面的工作: 1. 相干性可控的部分相干高阶高斯光束的实验产生。在这个工作中，我们主要采用了完全相干的激光束经过旋转毛玻璃产生部分相干光束，然后再利用空间光调制器或者偏振转换器件，产生部分相干高阶高斯光束。基于这个方法，我们产生了空间相干长度可控的部分相干拉盖尔-高斯光束、部分相干角向/径向偏振光束及特殊关联结构光束等；2. 部分相干高阶高斯光束经过湍流介质及复杂光学系统后的时空演化特性的理论和实验研究；在实验方面，我们主要开展了部分相干径向偏振及涡旋光束经过实验室模拟的湍流后的光束漂移及光束闪烁因子的测量，研究表明，通过调制部分相干光束的偏振和相位结构，能有效的降低湍流引起的光强闪烁和光斑漂移，这在自由空间光通信中有重要的潜在应用。此外，我们理论上研究了部分相干径向/角向偏振光束经过高数值孔径聚焦系统和单透镜系统后的光强分布、偏振结构的演化特性；研究表明，通过控制光束的相干性和偏振结构能够有效的控制光束在焦面上的光强分布，达到光束整形的目的；另一方面，我们还研究了部分相干柱偏振光束在湍流大气中的光强，偏振度及相干度的演化特性，得到了该光束在湍流大气中传输的交叉谱密度解析公式。3. 光束相干结构测量技术的研究。我们改进了测量光束相干结构的方法，利用CCD 器件拍摄光斑图片，然后通过一定的算法直接得到二维分布的光束相干结构函数的模。