自加速Airy相關(guān)光場的構(gòu)建與傳輸特性研究.pdf

1、在不考慮衍射擴散及相對論效應(yīng)的情況下，人們普遍認為激光束在自由空間中都是沿直線傳播。2007年，美國物理學(xué)家D. N. Christodoulides等提出了自加速激光束的概念，用來描述沿彎曲路徑傳播的光束。他們產(chǎn)生了在實驗室范圍內(nèi)沿彎曲路徑傳播的一類新型激光束，稱為自加速Airy激光束。該光束具有三大奇異的特性：(1)在傳輸過程中保持局域光場結(jié)構(gòu)不變；(2)具有自我修復(fù)的功能；(3)在傳播時能橫向加速，可以繞過障礙物。這些特性使其在光

2、學(xué)清掃、彎曲等離子體通道的產(chǎn)生、時空光子彈、電子加速、微粒操控、全光路由和成像等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。
　　另一方面，由于激光技術(shù)的發(fā)展，激光光束在光學(xué)系統(tǒng)以及湍流大氣中的傳輸和變換特性已經(jīng)成為激光應(yīng)用研究中的重要課題。因此，新型激光光束的出現(xiàn)促使人們迫切地去研究它的傳輸變換特性，從而為其應(yīng)用提供理論支持。
　　本論文主要研究自加速 Airy相關(guān)光場的構(gòu)建及其傳輸特性，論文提出了幾種與Airy光束相關(guān)的光場模型并對其傳輸特性進行了

3、探討，討論了Airy光束在湍流大氣傳輸過程中的漂移特點并提出了有效降低其漂移的幾種方案，最后在提出光束經(jīng)障礙物傳輸后自愈合能力量化標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上詳細比較了自加速 Airy光束與無衍射貝塞爾高斯光束的自愈合能力。
　　在第一章中介紹了自加速 Airy光束的產(chǎn)生、特性、應(yīng)用及其傳輸特性的研究背景，同時介紹了本論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點。
　　在第二章中介紹了激光傳輸?shù)幕纠碚摵虯iry函數(shù)相關(guān)的數(shù)學(xué)理論。
　　在第三章中，提

4、出了和 Airy光束相關(guān)的幾種光場結(jié)構(gòu)的理論模型，并且研究了這些光束的傳輸特性。首先，為解決Airy-Hermite-Gaussian激光模積分發(fā)散的問題，提出了有限能量的Airy-Hermite-Gaussian激光束模式，可以用來描述激光束通過彎曲波導(dǎo)結(jié)構(gòu)后的光場，澄清了以前文獻中的觀點；其次，雙 Airy光束因可方便操控其會聚焦點而在等離子熱點的控制等方面?zhèn)涫荜P(guān)注，但以前的研究一直直接從現(xiàn)象入手，沒有合適的理論模型，論文提出了簡潔

5、而有效的數(shù)學(xué)模型，為研究其特性提供了方便；再次，目前由于受限于空間光調(diào)制器，實驗產(chǎn)生 Airy光束均為小功率，論文用高斯光束合成Airy光束并討論了其在湍流大氣中的傳輸特性，為產(chǎn)生大功率的Airy光束提供了新思路，為其在大氣通信中的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)；最后，失調(diào)對激光束在精密光學(xué)系統(tǒng)中的傳輸影響很大，論文討論了自加速 Airy光束通過失調(diào)光學(xué)系統(tǒng)的傳輸特性。
　　在第四章中，研究了自加速Airy光束經(jīng)過湍流大氣傳輸后的光束漂移問題。論

6、文另辟蹊徑，探討光束漂移和表示光束平滑特性的K參數(shù)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)無論Airy光束的特征尺度及波長、傳輸距離、湍流的內(nèi)尺度如何變化，Airy光束的漂移均在K=4.3時達到最大值。同時，發(fā)現(xiàn)降低Airy光束的相干性和加載渦旋位相可以有效降低Airy光束的漂移。論文還發(fā)現(xiàn)陣列的Airy光束比單個Airy光束以及相同陣列的高斯光束的漂移要明顯減小。這些結(jié)果為實際Airy光束在大氣通信中的應(yīng)用提供了一些理論依據(jù)。
　　在第五章中，量化研究

7、了自加速 Airy光束通過障礙物傳輸后的自愈合能力。無衍射激光束一般都有較強的自愈合能力。但是，以前的研究都是從傳輸后的形狀上大致判斷其自愈合能力，標(biāo)準(zhǔn)不很明確。論文對光束自愈合能力的量化描述提出了探索性的思考，并借助數(shù)學(xué)上描述希爾伯特空間中兩個矢量相似的數(shù)學(xué)工具來定量的比較不同光束的自愈合能力。由于無衍射貝塞爾高斯光束和自加速 Airy光束是非常典型的結(jié)構(gòu)光場，因此，詳細研究了自加速Airy光束和無衍射貝塞爾-高斯光束的自愈合能力，發(fā)