特殊关联涡旋光束产生及其传输特性

Manipulation of light field by using special correlation structure or vortex phase has great potential use in super-resolution of biological cells, precisely control of micro construction and free space optical communications. However, the research of the joint manipulation of these two tools for the manipulation of light field is just at the beginning. In this project the study of the beam models, experimental generation and parameter measurement of a special correlated vortex beams will be carried out, e.g., Generation a special correlated vortex beams by using random screen method, to simplify the optical system; Measuring the complete information of the correlation function by superposing coherent beam or adding perturbation to a special correlated vortex beams. The numerical simulation and analytical results of the propagation of a special correlated vortex beam propagating through different optical systems and turbulent atmosphere will be carried out in this project, e.g., the edge enhancement and resolution improvement of the image of a special correlated vortex beams through 4f image system and its evolution properties, scintillation, beam wander and beam distortion propagates through turbulent atmosphere.

通过特殊关联结构或涡旋相位对光场的调控，所产生的新现象、新特性在生物细胞超分辨率成像、微纳结构精细操控和自由空间光通讯领域具有重大的应用价值，是目前光场调控领域的研究热点之一。但将这两个调控手段结合来对光场进行联合调控，产生新现象和新特性的研究才刚开始。本项目将开展特殊关联涡旋光束的研究：研究特殊关联涡旋光束的理论模型、实验产生方法和参数测量方法：着力于利用随机相位屏等新方法，来简化其实验产生过程；通过在特殊关联涡旋光束上叠加参考光或利用强度微扰等方法，测量其相干结构完整信息。利用仿真程序和解析公式来模拟和计算特殊关联涡旋光束在光学系统和湍流大气中的传输：如经过4f成像系统后的成像分辨率变化及图像边缘加强效应等；经过湍流大气光强、相干度等传输特性的演化，及光束闪烁、漂移和畸变等效应，并开展相关的实验进行验证。

通过特殊关联结构或涡旋相位对光场的调控，所产生的新现象、新特性在生物细胞超分辨率成像、微纳结构精细操控和自由空间光通讯领域具有重大的应用价值，是目前光场调控领域的研究热点之一。但将这两个调控手段结合来对光场进行联合调控，产生新现象和新特性的研究才刚开始。.本项目主要开展了特殊关联涡旋光束的理论模型构建、实验产生方法和参数测量方法及其经过湍流大气的传输演化特性等内容的研究：构建了具有周期性关联结构涡旋光束，实验上产生并测量了该光束的传输演化特性，并利用相干信息测量了该光束的拓扑荷信息；分析了涡旋光束的自修复效应：详细讨论了该光束经过障碍物传输后光场的强度、相位的自修复效应，以及拓扑荷的演化；利用液晶空间光调制器加载动态随机相位屏产生了部分相干完美涡旋光束，对其传输过程中的光强演化特性进行了分析；分析了经过湍流大气后半粗糙物体的探测问题。研究了利用扭曲相位来降低湍流海洋对鬼成像的影响；研究了利用光场的特殊关联结构，提升4f成像系统成像分辨率的方法;并对部分相干涡旋光束的发展历程进行了综述。.研究结果表明，特殊关联涡旋光束具有自分裂、自修复、抗环境扰动等优良特性，在金属加工、轨道角动量通讯、粒子俘获、实现亚衍射极限分辨、微距测量等实际应用中具有潜在应用价值。