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《国防科学技术大学》 2011年
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光的相干和偏振相关性的实验研究

陈凯  
【摘要】:光的相干和偏振是统计光学体系中紧密联系的两个方面。相干偏振统一理论为研究随机电磁光束传输中的统计光学特性提供了一条更精确、层次更高的新途径。本文对交叉谱密度矩阵进行了介绍,建立了随机电磁光束的传输模型,以此为基础对多孔干涉和复杂光学系统的传输特性进行了探索,并对相干和偏振的相关性进行了实验研究。主要内容包括以下几个方面: 一、介绍了交叉谱密度矩阵的定义、传输法则及应用。利用交叉谱密度矩阵建立了随机电磁光束通过双孔干涉、多孔干涉、自由空间、大气湍流以及聚焦光学系统的传输模型,推导得到了传输中交叉谱密度矩阵元的解析表达式。 二、通过数值模拟和理论计算,研究了各向同性随机电磁光束在双孔干涉条件下的传输特性,推导得到了稳定偏振度的解析表达式,并对光的相干和偏振的相关性进行了研究。接着分析了三孔干涉的传输特性,比较了其与双孔干涉的不同。 三、通过数值模拟和理论计算,研究了各向异性随机电磁光束通过自由空间、大气湍流和聚焦光学系统的传输特性;推导得到了稳定偏振度的解析表达式;比较了自由空间传输和大气湍流传输的不同;在聚焦光学系统中,焦点位置上的光谱偏振度等于自由空间传输时的稳定偏振度,并给出了证明。研究还给出并证明了完全偏振和完全非偏振随机电磁光束在传输中保持光谱偏振度不变的普适条件以及光束通过聚焦光学系统后传输平面实现光谱偏振度均匀分布的条件。 四、介绍了实验室构造高斯—谢尔模光束的方法,指出了实验系统中各器件的作用。利用CCD测量了光谱密度相对值以及光谱相干度,采用拟合的方法得到了交叉谱密度矩阵。采用不同的方法测量光束起始面内的光谱偏振度,与利用交叉谱密度矩阵计算得到的结果比较,证明了测量交叉谱密度矩阵的方法是可靠的。 五、将两束不同的He-Ne激光合束,构造了“非偏振”的高斯—谢尔模光束,并测量了该光束的交叉谱密度矩阵。测量光束起始面内的光谱偏振度、光谱相干度和轴上固定点的光谱偏振度,说明光谱偏振度在传输中是变化的,并探索了光的相干和偏振的相关性。文中还分析了造成实验误差的原因,并对实验结果进行了讨论。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O436.1

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【参考文献】
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