部分相干径向偏振光束通过湍流大气后的相干性开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

自从激光诞生以来，激光科学技术迅猛发展。激光在大气中的传输与应用正受到各国日益广泛的重视，如激光大气通讯、激光雷达、激光制导、激光能量传输、激光目标识别以空间光束编码解码等现代大气空间激光技术。目前，许多学者和相关领域的专家对随机介质中波的传播和散射研究的兴趣不断增长，其重要研究意义表现在：第一，是许多实际问题增长的需要，如光在大气中传播、海洋中的声散射，电离闪烁等；第二，随机介质中的波是对理论工作者最富有挑战性的问题。大气的随机运动造成了大气湍流，大气湍流中波的传播和散射问题的范畴。电磁波（光波）在随机介质中散射和传播的理论和方法已经成为现代电波传播、通信、遥感、辐射、目标识别分类、环境系统检测、生物医学判断、工程材料测试等众多不同学科共同感兴趣的课题。随着激光通信、光学雷达等光学工程的迅猛发展，光束在大气中传输的湍流效应研究进入了一个新的阶段。

从20世纪40年代，大气湍流对光波影响研究开始，到目前国内外对光波在大气湍流中传播的研究来看，虽然基本处理方法已经系统化，发现了一些基本规律，而且这些基本规律已在大气激光通信、天文观测和自适应光学等领域得到了广泛的应用，但时至今日人们基本上已经得到这样的共识：寻求一个解决光波在随机介质中传播的各种问题的普适理论与方法还需要不断的探索和研究。于是人们便将精力集中于各种具体问题，寻找各自的解决方法。

最早是应用几何光学近似法，但适用范围有限，虽然牛顿早就对天文观测中的星光闪烁现象做出了科学的解释，但是系统的光传播研究开始于20世纪中期。obukhov应用了rytov的平缓扰动法求解随机介质中的波传播方程。随后，20世纪50年代前苏联学者tatarskii引入湍流统计理论中有关湍流谱的结果求解大气湍流中波的传播方程，取得了本质性的突破。然而随着闪烁饱和现象的发现，tatarskii理论已经不再适用。激光、高性能光电探测器件以及高速计算机的飞速发展促进了随机介质中波传播实验研究和数值研究的蓬勃发展，发现了许多新的现象，但要发现普适的理论体系与结果依然困难重重。

2. 研究的基本内容与方案

主要包括大气湍流的一些基本性质、激光在大气湍流中传输的研究方法以及部分相干光的基本概念、理论和主要研究方法。大气湍流的形成是由于人类活动和太阳辐射的变化等因素所产生的大气微小温度随机变化而导致大气风速的随机变化。气体的运动状态分为层流和湍流两类，一般用无量纲的雷诺数来进行界定，当流体的雷诺数大于临界雷诺数时，流体运动为湍流，当流体的雷诺数小于临界雷诺数时，流体运动为层流。径向偏振光束的生产方法主要可以分为两类：即腔内法和腔外法。利用光束在湍流大气中传输时的广义惠更斯—菲涅尔公式，研究部分相干径向偏振光束在大气湍流中传输时的演化特性，利用部分相干径向偏振光束在湍流大气中传输时的交叉光谱密度矩阵，具体研究了部分相干径向偏振光束通过大气后的相干性。基于光束在湍流大气中传输时的公式，利用交叉光谱密度矩阵法，研究大气湍流中部分相干径向偏振光的传输性质。首先推导出部分相干径向偏振光束在湍流大气中传输时的交叉光谱密度矩阵，后利用数值计算方法，研究部分相干径向偏振光束的传输性质。

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

4. 参考文献（12篇以上）

[1]周炳琨，高以智，陈倜嵘等.激光原理[m].北京：国防工业出版社，2009.

[2]周哲海.轴对称偏振光束的生成、特性及应用[d].北京：清华大学图书馆，2010.

[3]q.zhan.cylindricalvectorbeams:frommathematicalconceptstoapplications[j].advancesinopticsandphotonics,2009,1(1):1-57.