大气湍流对部分相干平顶高斯光束的影响!!h!h-强激光与粒子束.pdfVIP

! 第# 卷! 第$ 期 强 激 光 与 粒 子 束 %’( # ，)( $! ! $**+ 年$ 月 ,-., /0123 45623 5)7 /538-942 :25;6 =( ， $**+! 文章编号：! **?@A$$（$**+ ）*$?*B#?*C 大气湍流对部分相干平顶高斯光束的影响! $ 张建柱 ，! 李有宽 （! 中国工程物理研究院研究生部，北京 ***DD ；! $! 北京应用物理与计算数学研究所，北京 ***DD ） ! ! 摘! 要：! 采用相屏近似处理方法对激光通过湍流大气的传输进行了数值模拟。从数值模拟的结果拟合 出两个公式：一是通过湍流前后部分相干平顶高斯光束的束宽平方比随阶数、传输距离和湍流强度的变化关系 式；一是通过湍流后的相干长度随初始光束相干长度、湍流相干长度的变化关系式。研究发现：部分相干平顶 高斯光束分解为相互独立的厄米?高斯光束的叠加；相干性越差的光束受到湍流的影响程度就越小；湍流对光 束传输的影响与光束自身相干特性对其传输的影响之间是不相关的。 ! ! 关键词：! 空间相干性；! 大气湍流；! 部分相干平顶高斯光束 ! ! 中图分类号：! 0@A# ；8)$@C! ! ! ! 文献标识码：! 5 ! ! 在激光的许多实际应用中，常要用到空间分布为平顶的光束。在对这类光束的描述中，.EF BB@ 年提出 ［］ 的平顶高斯光束是一个非常有用的概念 。 ! ! 激光在大气传输的过程中，由于大气湍流的影响，传输光束的波前将随机起伏，引起光束抖动、强度起伏 （闪烁）、光束扩展、像点抖动和相干性的变化等［$ ］。近几年的研究表明：在相同的湍流状况下，部分相干光对 ［A ，@ ］ 湍流的敏感度比完全相干光差 。8GHFE 6HFEI’ 等人在$**A 年给出了部分相干高斯光束通过湍流大气后 ［+ ］ 特性的解析解 。然而，对于部分相干的平顶高斯光束，由于计算甚为繁冗，目前还没有解析解可给出。本文 的主要目的是：通过数值模拟的方法研究湍流大气对通过它的部分相干平顶高斯光束的影响。 # 部分相干平顶高斯光束的模分解 ! ! 激光的相干性包括其空间相干性和时间相干性，本文将就光束的空间相干性问题进行探讨。光束的空间 相干性和它的方向性（用光束的发散角描述）紧密联系。众所周知，只要可饱和增益介质的存在，在激光器中 就会导致许多横模同时振荡。不同模式的光波场是非相干的［$ ］。 ! ! 多模光学谐振腔输出的光束可由模式间不相干的厄米?高斯光束或拉盖尔?高斯光束基底叠加而成。由于 作为基底光束的模式间相互独立，从而导致了所叠加的光束为部分相干光束。因而部分相干平顶高斯光束可 分解为厄米?高斯光束的叠加。 ! ! 设部分相干平顶高斯光束的光强分布为［］ ’ $ $ ’ $ ) ’ $ * ! （# ，$ ）% ! =JK［ （# ’ $ ）］ ［ # ］ ［ $ ］ （ ） * $ ) $ ) $