部分相干光在湍流中傳輸特性及“鬼”成像研究.pdf

1、相干性是光場的基本特征之一，部分相干光場在湍流介質(zhì)中傳輸后具有光強(qiáng)分布均勻，傳輸不變性等特征，使其在空間激光通信、遠(yuǎn)程傳感、生物組織成像、大氣“鬼”成像等各個領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價值。因此，研究部分相干光束的傳輸特性及其相關(guān)應(yīng)用具有重要意義。本文基于部分相干光束在實(shí)際中的應(yīng)用需求并結(jié)合成熟的相干偏振統(tǒng)一理論模型，研究了部分相干徑向矢量光束在生物組織中傳輸?shù)奶匦院筒糠制窀咚?謝爾模(Guassian Schell-model，GSM)光束

2、的無透鏡大氣湍流“鬼”成像的成像特點(diǎn)，推導(dǎo)得出了相應(yīng)的理論解析表達(dá)式并對數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了詳盡分析。主要創(chuàng)新點(diǎn)包括以下兩方面:
　　第一，研究了部分相干徑向矢量光束經(jīng)過生物組織傳輸后的光學(xué)特性，推導(dǎo)出光束的傳輸后的交叉譜密度矩陣解析表達(dá)式，從而得出了傳輸后的電場強(qiáng)度和偏振特性的表達(dá)式。模擬結(jié)果表明，部分相干徑向矢量光束經(jīng)過生物組織湍流之后，初始中空的光強(qiáng)分布逐漸演變?yōu)楦咚狗植迹溲葑兯俣热Q于生物組織湍流外尺度尺寸。與在大氣湍流中

3、傳輸不同，部分相干矢量光束的中心光強(qiáng)隨距離變化的峰值基本相同，不受湍流強(qiáng)度影響。同時，光束偏振結(jié)構(gòu)也隨著傳輸距離的增大逐漸被破壞，而且光源的相干長度越小和生物組織折射率均方越大，光束的偏振結(jié)構(gòu)被破壞的就越快。相較于光源的相干長度，生物組織本身的結(jié)構(gòu)更加顯著的影響部分相干徑向矢量光束在生物組織傳輸中的光學(xué)特性。上述對部分相干徑向矢量光束在組織中傳輸光學(xué)特性的分析，將在光學(xué)生物成像和探查生物結(jié)構(gòu)有潛在的應(yīng)用價值。
　　第二，研究了部分

4、偏振高斯-謝爾模(GSM)光束大氣湍流無透鏡“鬼”成像的成像特點(diǎn)，推導(dǎo)得出部分偏振GSM光的大氣湍流無透鏡“鬼”成像的理論公式，探討了大氣湍流中部分相干光束的偏振度對“鬼”成像的成像可見度和分辨率的影響。模擬仿真結(jié)果表明:在大氣湍流環(huán)境下，光源的偏振依然影響著“鬼”成像的成像質(zhì)量。在標(biāo)量理論中，調(diào)控“鬼”成像的光源橫向相干長度，“鬼”成像的可見度和分辨率是對互相矛盾的量，無法到達(dá)最佳成像質(zhì)量。但隨著光源偏振度的增加，大氣湍流“鬼”成像的