大气湍流中奇点光学的研究

作者: 李晋红

出版社: 电子工业出版社

出版时间: 2016-12

版次: 1

ISBN: 9787121306525

装帧: 其他

开本: 其他

页数: 224页

分类: 自然科学

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奇点光学诱人的应用前景和大气湍流随机复杂的多样性，使大气湍流中奇点光学的研究成为现代光学的重要研究方向。本书是在国家自然科学基金等项目的研究成果基础上完成的，较为系统和深入地论述了大气湍流中奇点光学的主要理论和方法，主要内容包括奇点光学与激光传输的基本理论，奇点光束在大气湍流中的传输特性，相干涡旋在大气湍流中的动态演化，刃型位错的动态演化，涡旋光束在大气湍流中的光束质量。李晋红，男，1980生，博士，研究生导师。2010年6月毕业于四川大学光学专业，获理学博士学位。现为太原科技大学物理系主任、教育部高等学校光电信息科学与工程专业协作委员、教育部高等学校物理学类专业教学指导委员会华北地区工作委员会委员、中国光学学会会员、山西省物理学会理事，、等期刊审稿人。主要从事自由空间光通信和奇点光学方面的科研工作，曾主持山西省基础研究计划项目一项、参与完成国家自然科学基金四项，现主持国家自然科学基金一项、作为第二主研参与国家自然科学基金一项，在学术刊物发表论文50余篇(其中SCI收录25篇、EI收录20篇)，出版学术专著1部，授权国家发明专利3项。曾获山西省高等学校优秀成果奖(科学技术）二等奖、兴晋挑战杯"优秀指导教师”、"科尼”奖教金、优秀硕士学位论文指导教师、研究生思想政治教育先进导师、"优秀共产党员”、"优秀班主任”等荣誉。目录

第1章  绪论1

1.1  大气湍流中奇点光学的研究背景1

1.2  大气湍流中奇点光学的研究进展3

参考文献8

第2章  奇点光学与激光传输的基本理论20

2.1  奇点光学的基本概念20

2.1.1  螺旋型位相奇点21

2.1.2  刃型位相奇点22

2.1.3  混合型位相奇点23

2.1.4  拓扑荷24

2.1.5  偏振奇点24

2.1.6  相干涡旋25

2.2  奇点光束的产生方法25

2.2.1  几何模式转换法26

2.2.2  螺旋位相板法27

2.2.3  计算全息法29

2.2.4  空间光调制器法30

2.2.5  角向光栅耦合法31

2.3  激光传输的常用方法33

2.3.1  几何光学方法34

2.3.2  矩阵光学方法34

2.3.3  波动方程37

2.3.4  衍射积分方法40

2.3.5  傅里叶光学方法45

2.4  部分相干光的基本理论47

2.4.1  互相干函数和互强度函数47

2.4.2  交叉谱密度函数和复空间相干度48

2.4.3  维格纳分布函数49

参考文献50

第3章  奇点光束在大气湍流中的传输特性57

3.1  大气湍流的基本知识57

3.1.1  大气基本描述57

3.1.2  大气光学特性60

3.1.3  大气湍流的形成68

3.1.4  大气湍流结构常数69

3.1.5  大气折射率起伏功率谱模型70

3.2  涡旋光束在水平大气湍流中的传输变换72

3.2.1  交叉谱密度函数72

3.2.2  光强演化74

3.2.3  束宽扩展78

3.3  涡旋光束在斜程大气湍流中的传输变换80

3.3.1  斜程传输与水平传输的比较研究80

3.3.2  斜程中上行与下行路径的比较研究83

3.4  线刃型位错光束在斜程大气湍流中的传输变换86

3.4.1  光强演化86

3.4.2  角扩展89

3.5  涡旋光束在大气湍流传输中斯托克斯参量的变化92

3.5.1  理论模型92

3.5.2  数值计算和分析97

参考文献108

第4章  相干涡旋在大气湍流中的动态演化113

4.1  相干涡旋的动态演化114

4.1.1  单光束产生的相干涡旋演化114

4.1.2  双光束产生的合成相干涡旋演化118

4.1.3  多光束产生的合成相干涡旋演化126

4.2  相干涡旋产生分类与拓扑荷守恒距离137

4.2.1  相干涡旋的产生分类137

4.2.2  拓扑荷的守恒距离144

4.3  高阶涡旋的动态演化和传输轨迹147

4.3.1  高阶相干涡旋的动态演化和传输轨迹147

4.3.2  高阶光涡旋的动态演化和传输轨迹152

4.4  相干涡旋偶极子在大气湍流中的演化154

4.4.1  理论模型154

4.4.2  数值计算与分析156

参考文献163

第5章  刃型位错的动态演化166

5.1  线刃型位错在大气湍流中的转化167

5.1.1  理论模型167

5.1.2  数值计算与分析170

5.2  圆刃型位错的动态演化177

5.2.1  圆刃型位错光束的交叉谱密度函数177

5.2.2  圆刃型位错在自由空间中的演化179

5.2.3  圆刃型位错在大气湍流中的转化181

参考文献187

第6章  涡旋光束在大气湍流中的光束质量189

6.1  激光光束质量的评价参数189

6.1.1  聚焦光斑尺寸和远场发散角189

6.1.2  斯特列尔比和陡峭度参数190

6.1.3  桶中功率191

6.1.4  光束传输因子192

6.2  涡旋光束在大气湍流中光束质量的分析193

6.2.1  光束传输因子分析193

6.2.2  斯特列尔比分析197

6.2.3  陡峭度参数分析200

6.2.4  角扩展分析203

6.2.5  维格纳分布函数分析207

6.3  拓扑荷对涡旋光束质量的影响210

6.3.1  拓扑荷对涡旋光束传输因子的影响210

6.3.2  拓扑荷对涡旋光束角扩展的影响213

参考文献214
内容简介:
奇点光学诱人的应用前景和大气湍流随机复杂的多样性，使大气湍流中奇点光学的研究成为现代光学的重要研究方向。本书是在国家自然科学基金等项目的研究成果基础上完成的，较为系统和深入地论述了大气湍流中奇点光学的主要理论和方法，主要内容包括奇点光学与激光传输的基本理论，奇点光束在大气湍流中的传输特性，相干涡旋在大气湍流中的动态演化，刃型位错的动态演化，涡旋光束在大气湍流中的光束质量。
作者简介:
李晋红，男，1980生，博士，研究生导师。2010年6月毕业于四川大学光学专业，获理学博士学位。现为太原科技大学物理系主任、教育部高等学校光电信息科学与工程专业协作委员、教育部高等学校物理学类专业教学指导委员会华北地区工作委员会委员、中国光学学会会员、山西省物理学会理事，、等期刊审稿人。主要从事自由空间光通信和奇点光学方面的科研工作，曾主持山西省基础研究计划项目一项、参与完成国家自然科学基金四项，现主持国家自然科学基金一项、作为第二主研参与国家自然科学基金一项，在学术刊物发表论文50余篇(其中SCI收录25篇、EI收录20篇)，出版学术专著1部，授权国家发明专利3项。曾获山西省高等学校优秀成果奖(科学技术）二等奖、兴晋挑战杯"优秀指导教师”、"科尼”奖教金、优秀硕士学位论文指导教师、研究生思想政治教育先进导师、"优秀共产党员”、"优秀班主任”等荣誉。
目录:
目录

第1章  绪论1

1.1  大气湍流中奇点光学的研究背景1

1.2  大气湍流中奇点光学的研究进展3

参考文献8

第2章  奇点光学与激光传输的基本理论20

2.1  奇点光学的基本概念20

2.1.1  螺旋型位相奇点21

2.1.2  刃型位相奇点22

2.1.3  混合型位相奇点23

2.1.4  拓扑荷24

2.1.5  偏振奇点24

2.1.6  相干涡旋25

2.2  奇点光束的产生方法25

2.2.1  几何模式转换法26

2.2.2  螺旋位相板法27

2.2.3  计算全息法29

2.2.4  空间光调制器法30

2.2.5  角向光栅耦合法31

2.3  激光传输的常用方法33

2.3.1  几何光学方法34

2.3.2  矩阵光学方法34

2.3.3  波动方程37

2.3.4  衍射积分方法40

2.3.5  傅里叶光学方法45

2.4  部分相干光的基本理论47

2.4.1  互相干函数和互强度函数47

2.4.2  交叉谱密度函数和复空间相干度48

2.4.3  维格纳分布函数49

参考文献50

第3章  奇点光束在大气湍流中的传输特性57

3.1  大气湍流的基本知识57

3.1.1  大气基本描述57

3.1.2  大气光学特性60

3.1.3  大气湍流的形成68

3.1.4  大气湍流结构常数69

3.1.5  大气折射率起伏功率谱模型70

3.2  涡旋光束在水平大气湍流中的传输变换72

3.2.1  交叉谱密度函数72

3.2.2  光强演化74

3.2.3  束宽扩展78

3.3  涡旋光束在斜程大气湍流中的传输变换80

3.3.1  斜程传输与水平传输的比较研究80

3.3.2  斜程中上行与下行路径的比较研究83

3.4  线刃型位错光束在斜程大气湍流中的传输变换86

3.4.1  光强演化86

3.4.2  角扩展89

3.5  涡旋光束在大气湍流传输中斯托克斯参量的变化92

3.5.1  理论模型92

3.5.2  数值计算和分析97

参考文献108

第4章  相干涡旋在大气湍流中的动态演化113

4.1  相干涡旋的动态演化114

4.1.1  单光束产生的相干涡旋演化114

4.1.2  双光束产生的合成相干涡旋演化118

4.1.3  多光束产生的合成相干涡旋演化126

4.2  相干涡旋产生分类与拓扑荷守恒距离137

4.2.1  相干涡旋的产生分类137

4.2.2  拓扑荷的守恒距离144

4.3  高阶涡旋的动态演化和传输轨迹147

4.3.1  高阶相干涡旋的动态演化和传输轨迹147

4.3.2  高阶光涡旋的动态演化和传输轨迹152

4.4  相干涡旋偶极子在大气湍流中的演化154

4.4.1  理论模型154

4.4.2  数值计算与分析156

参考文献163

第5章  刃型位错的动态演化166

5.1  线刃型位错在大气湍流中的转化167

5.1.1  理论模型167

5.1.2  数值计算与分析170

5.2  圆刃型位错的动态演化177

5.2.1  圆刃型位错光束的交叉谱密度函数177

5.2.2  圆刃型位错在自由空间中的演化179

5.2.3  圆刃型位错在大气湍流中的转化181

参考文献187

第6章  涡旋光束在大气湍流中的光束质量189

6.1  激光光束质量的评价参数189

6.1.1  聚焦光斑尺寸和远场发散角189

6.1.2  斯特列尔比和陡峭度参数190

6.1.3  桶中功率191

6.1.4  光束传输因子192

6.2  涡旋光束在大气湍流中光束质量的分析193

6.2.1  光束传输因子分析193

6.2.2  斯特列尔比分析197

6.2.3  陡峭度参数分析200

6.2.4  角扩展分析203

6.2.5  维格纳分布函数分析207

6.3  拓扑荷对涡旋光束质量的影响210

6.3.1  拓扑荷对涡旋光束传输因子的影响210

6.3.2  拓扑荷对涡旋光束角扩展的影响213

参考文献214

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