部分相干径向偏振光束在单轴晶体的相干性开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。激光是一种电磁波，具有很好的相干性、单色性和方向性。用它作为载波传递信息，容量大、距离远、保密性高、抗干扰性强。在激光光束的表征方面，现在有多种光束模型用来描述不同的激光光束，如高斯-谢尔模光束、平顶分布光束、贝塞尔光束和径向偏振光束等。近年来，由于径向偏振光束在原子捕获、光镊等方面的应用，径向偏振光束的产生和传输特性引起了人们的关注。径向偏振光束是一种在光束截面上除中心点外，其余点具有沿径向线偏振特性的光束，并且其电矢量振动在横截面上具有完美对称性，中心点光强为零。自1972年，Mushiake等首先在实验中得到了径向偏振光束后，近些年来，国内外学者对径向偏振光束又有了更进一步的研究。2005年，Quabis等研究了产生高质量径向偏振空心光束的方法。2006年，Diehl等对强聚焦径向偏振光束的特性进行了研究。同年，Salamin推导出了径向偏振高斯激光束紧密聚焦场的解析表达式。在国内，2007年，Deng等研究了径向虚宗量偏振光束的传输特性，同年，他们还通过矢量角谱理发现径向偏振光束的电磁场完全由横向磁场和沿轴向的纵向电场组成。经过聚深焦后的径向偏振光，具有很强的轴向电场，这使得径向偏振光束能够对粒子进行捕捉，而广泛应用于光镊中。此外，径向偏振光束的独特特性在金属切割、提高光显微分辨率及粒子加速上也具有重大应用。部分相干光束的存在具有普遍性，理论和实验都证明在相同条件的大气湍流下，部分相干光束在传播过程中比完全相干光束更具优势，前人将不同光束结合部分相干特性已做了许多研究，2008年，季小玲等对部分相干厄米-高斯光束在大气湍流中传输时的空间相干性进行分析，2010年，他们还对部分相干平顶光束在湍流中传输的等效曲率半径进行了研究，2013年，蒲继雄等将部分相干特性结合Airy光束，研究其传输特性。

目前，晶体材料广泛应用于激光调制和工业加工的各种场合，因此，激光光束在晶体材料中的传输特性也成为应用晶体材料所必须关注的问题。关于激光光束在单轴晶体中的传输研究，最早可以追溯到1976年，当时Stamnes等基于平面波角谱法，研究了激光光束在单轴晶体中的传输特性。从那以后，激光光束在单轴晶体材料中的传输特性一直受到人们的关注。本文将径向偏振光束与部分相干特性结合，研究部分相干径向偏振光束在单轴晶体传输的相干特性。

2. 研究的基本内容与方案

在空间激光通讯的研究中，激光在所经过的通讯链路介质中的传输性质成为研究的热点，这些介质包括：大气湍流、光学系统、晶体等。由于径向偏振光束在通信等各种领域的广泛应用以及所表现出来的优势，径向偏振光束自身的特性以及其在各类介质或系统中的传输特性已经引起了人们的关注。此外，从客观实际上出发，自然界中存在的光源均为部分相干。因此，针对部分相干的径向偏振光束在介质中传输特性的研究就显得尤为重要。本论文的研究目的是研究部分相干径向偏振光束在单轴晶体中的传输特性。主要内容是建立单轴晶体对部分相干径向偏振光束传输特性影响的物理模型，基于相干光束在单轴晶体中沿着垂直于光轴方向传输的傍轴公式，研究部分相干径向偏振光束在单轴晶体中沿着垂直于光轴方向传输时的演化特性。

根据光束的传播方向不同，对于单轴晶体中光束的传输研究可以分为平行于光轴和垂直于光轴方向传输以及沿特定方向的传输三类。而作为一种特殊的光束，径向偏振光束在单轴晶体中的传输特性研究较少。2007年，Muys等人利用角谱法，研究了径向偏振光束和角向偏振光束沿着平行于光轴方向在单轴晶体中的传输，研究指出沿着光轴传播的径向偏振光的偏振度不会改变，其光束横截面的形状也不会随着传输距离的变化而改变。本章采用光束在单轴晶体中传输傍轴近似公式，利用传输矩阵元法，分析了在单轴晶体中部分相干径向偏振光束从垂直光轴方向入射时的传输特性。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需的理论知识、技术 要求以及相关资料。确定方案，完成开题报告。

第4－8周：分析基本原理，进行理论推导。

第9－13周：建立模型，进行仿真模拟，得到模拟结果，整理数据，进行理论分析，开始撰写毕业论文。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]陈晓文,汤明玥,季小玲.大气湍流对部分相干厄米-高斯光束空间相干性的影响[j].物理学报,2008,57(4):2607-2613.

[2]季小玲.部分相干平顶光束通过湍流大气传输的等效曲率半径[j].物理学报,2010,59(6):3953-3958.

[3]杨华勇,吕海宝,胡永明,孟洲.入射光的偏振和强度对分光镜透/反比的影响[j].光电子·激光,2003,14(4):345-348.