新型反常涡旋光束在湍流大气中的传输特性研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESISFORPROFESSIONALDEGREE论文题目新型反常涡旋光束在湍流大气中的传输特性研究学科专业导航制导与控制学号201521190230作者姓名刘琦指导教师杨元杰研究员分类号密级注1UDC学位论文新型反常涡旋光束在湍流大气中的传输特性研究（题名和副题名）刘琦（作者姓名）指导教师杨元杰研究员电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业导航制导与控制提交论文日期2018.3.1论文答辩日期2018.

2、5.22学位授予单位和日期电子科技大学2018年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。ResearchonPropagationPropertiesoftheAnomalousVortexBeamsintheNon-KolmogorovTurbulenceAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:NavigationGuidanceandControlAuthor:QiLiuSupervisor:Professo

3、rYuanjieYangSchool:SchoolofAeronauticsandAstronautics独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。刘'太珂作者签名:日期:7蝴年s月”日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机

4、构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)作者签名:导师签名:日期:酬年5月3O日Π摘要摘要与普通高斯光束相比，涡旋光束具有很多特点，如光束中心光强为零、自身带有轨道角动量等。这种特点就使得涡旋光束在很多领域都拥有较高的应用价值，例如，光学捕获、光学旋转、非线性光学、生物医学、自由空间通信等。由于激光具有高强度、相干度和方向性等，当其应用在自由空间光通信技术时，具有容量大、体积质量小、抗电磁干扰

5、性强等特点。在国防军事方面，需要拥有更高空间分辨率，时间分辨率，光谱分辨率等的航空航天侦查平台，未来的局部战争也需要具有更高抗电子干扰能力，通信能力，安全保密能力等的激光武器。这些系统都在大气信道中进行传输，其中面临的最大问题则是大气作用，为了提高系统的性能，必须要对激光大气传输进行深入的研究分析。则本文旨在研究反常涡旋光束在非柯尔莫戈洛夫大气湍流中的传输特性，主要内容如下：1.介绍了本文的研究动机和意义，并对光学涡旋的国内外研究发展概况以及光束在湍流大气中传输的国内外研究发展概况进行了总结分析。2.简要介绍了激光传输的基本理论和方法，归纳总结了几种常见的大气湍流

6、功率谱模型和大气湍流的折射率结构常数模型，并介绍了光束质量的一些评价参数，包括光束传输因子，光束角扩展，斯特列尔比等。3.研究了新型反常涡旋光束在非柯尔莫哥洛夫大气湍流中的传输模型。首先对应用的基础理论和湍流模型进行理论介绍，并基于广义惠更斯-菲涅尔原理，结合非柯尔莫哥洛夫大气湍流的功率谱密度，推导出相关的交叉谱密度矩阵。随后应用相干与偏振统一理论，进一步研究了反常涡旋光束通过非柯尔莫哥洛夫大气湍流的光强分布、偏振度特性以及光谱相干度。进行数值模拟，探究不同的光束参数和湍流参数对光束光强、偏振度和相干度的影响。4.研究了新型反常涡旋光束通过非柯尔莫哥洛夫大气湍流后

7、的光束质量。利用广义惠更斯－菲涅耳原理和维格纳的二阶矩定义，并结合非柯尔莫哥洛夫大气湍流的功率谱，对新型反常涡旋光束通过非柯尔莫哥洛夫大气湍流后的光束传输因子、方均根束宽、角扩展进行了理论推导。通过控制变量，进行数值模拟，分别探究光束传输因子、方均根束宽、角扩展在不同传输距离的情况下，随湍流指数项的变化情况，以及在不同光束参数项、不同湍流参数项下，随传输距离的变化情况，分析不同因素对光束质量的影响。关键词：涡旋光束，大气湍流，光强，偏振度，相干度，光束质量IABSTRACTABSTRACTComparedwiththeordinaryGaussianbeam,Vo

8、rtexb