【摘 要】
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矢量光束是标量光束的拓展;涡旋光束则是一种具有螺旋相位结构且还携带轨道角动量的光束。矢量光束和涡旋光束是现代光学中十分重要的两类光束,被广泛研究并且广泛应用于光学操纵、光学显微、光学存储、量子信息处理等领域。近些年自由空间光通讯快速发展,而大气湍流的存在会带来光强闪烁、相位畸变等一系列的湍流效应,这将导致通信误码率增加,降低系统的信道容量,极大影响通讯效率。研究表明矢量光束和涡旋光束具有较强的抗湍
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矢量光束是标量光束的拓展;涡旋光束则是一种具有螺旋相位结构且还携带轨道角动量的光束。矢量光束和涡旋光束是现代光学中十分重要的两类光束,被广泛研究并且广泛应用于光学操纵、光学显微、光学存储、量子信息处理等领域。近些年自由空间光通讯快速发展,而大气湍流的存在会带来光强闪烁、相位畸变等一系列的湍流效应,这将导致通信误码率增加,降低系统的信道容量,极大影响通讯效率。研究表明矢量光束和涡旋光束具有较强的抗湍流能力,可以在一定程度上减小湍流的影响,因此它们也被广泛应用于光学通信中。各向异性大气湍流是基于non-Kolmogorov湍流谱进行完善得到的大气湍流模型,它很好的诠释了大气湍流中存在的各向异性的特点。本文将以部分相干矢量高斯-谢尔模光束（PCVGSMB）、部分相干电磁反常涡旋光束（PCEAVB）、部分相干径向偏振拉盖尔-高斯涡旋光束（PCRPLGVB）和部分相干径向偏振涡旋光束（PCRPVB）这四种部分相干矢量光束作为研究对象,基于广义的惠更斯–菲涅尔原理,研究了他们在各向异性大气湍流中的传输特性,包括:M~2因子、平均光强、相干度、偏振度和偏振态等,并且通过对光束参数的调控来提高光束的抗大气湍流干扰的能力。主要研究内容如下:1.首先介绍了部分相干光束、部分相干矢量光束的研究现状和应用领域,各向异性大气湍流的由来;介绍了各种大气湍流谱模型以及激光在大气湍流中传输理论模型和公式;介绍了利用随机相位屏的方法来模拟激光在大气湍流中传输过程的原理和方法。2.推导了PCVGSMB在各向异性大气湍流中的传输公式,主要研究了不同初始相干长度对其平均光强、相干度、偏振度和偏振态的分布和演化规律。3.以一种特殊的涡旋光束––PCEAVB作为研究对象,研究了其在大气湍流的偏振特性,主要分析了光束阶数和拓扑荷数对该光束偏振度和偏振态分布和演化的影响。4.推导了PCRPLGVB通过大气湍流后的交叉谱密度函数,主要研究了光束的径向指数和拓扑荷数对光束的光强和相干度的影响,并且利用多相位屏方法对研究的理论结果进行模拟仿真研究,理论结果和仿真结果符合较好。5.计算出PCRPVB的在大气湍流中的M~2因子,并与部分相干电磁涡旋光束做比较研究,最后提出了一种结合双曲线拟合和随机相位屏的方法对两种光束在大气湍流中的M~2因子进行模拟验证。
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