物 理 学 报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 20 (2014) 204101
部分相干Airy光束在湍流大气中
传输时的偏振特性
∗
杨爱林
1)
林强
1)2)†
1) (浙江大学物理系光学研究所, 杭州 310027)
2) (浙江工业大学理学院, 杭州 310023)
( 2014 年 4 月 11 日收到; 2014 年 5 月 23 日收到修改稿 )
研究了部分相干 Airy 光束在湍流大气中传输时的偏振特性, 偏振保持度作为衡量偏振传输效果的一个
重要参数. 结果表明: 部分相干 Airy 光束在湍流大气中传输足够远时, 其偏振度会变回到初始值; 而在自由
空间中传输, 光束的偏振度会保持在某一个特定值; 在湍流大气中, 当光束传输距离不是很远时, 光束对称轴
上的偏振度分布为 Airy 函数, 但是当传输足够远时, 该偏振度分布逐渐趋向于类高斯状; 光束的束腰半径越
大, 相干长度越长, 越有利于光束传输后偏振的保持; 存在一个指数截断因子, 使得光束的偏振保持度很差.
这些结论对于 Airy 光束在通信领域中的应用具有重要的意义.
关键词: 湍流大气, 偏振度, 相干度
PACS: 41.20.Jb, 42.25.Ja, 42.25.Kb, 42.68.Bz DOI: 10.7498/aps.63.204101
1 引 言
激光在湍流大气中的传输是一个具有重要学
术价值和实际应用价值的研究方向
[1,2]
. 由于在随
机介质中光传输问题的复杂性, 常常需要使用简化
的物理模型. 理论研究得到的结果对实际应用有重
要的指导作用. 近年来, 很多科研工作者对光束偏
振态的研究有着浓厚的兴趣
[3−6]
. 在实际应用中,
完全相干的激光是不存在的, 因此研究部分相干光
束也非常必要. 对部分相干部分偏振的矢量电磁光
束通过任意介质包括光学系统传输的特性已进行
了大量的研究, 并取得了丰硕的成果. 光束的偏振
特性是实验中一个重要参数, 这是由于光束的偏振
直接决定激光与原子的跃迁方式, 这在光与原子相
互作用时尤其重要, 目前被广泛用于原子钟频标,
磁场测量, 冷原子等研究领域. Wolf 团队对部分相
干部分偏振电磁场的偏振特性的传输规律做了大
量研究, 如偏振光学中基本概念、理论的探索
[7,8]
,
光束的光谱相干度与偏振度之间的相互影响关
系
[9]
, 部分相干部分偏振电磁场在自由空间、大
气湍流等介质中传输时光束偏振特性的变化规律
等
[10]
. 近年来, 我国科研工作者也进行了一些关于
光束偏振特性的研究, 如李成强等
[11]
研究了高斯
光束参数及湍流对光束传输时偏振特性的影响.
Airy 光束自从被提出以来
[12]
, 由于其具有自
恢复
[13]
、低闪 耀因 子
[14]
、质心 位置 稳定
[15]
等优
点而被广泛研究. 尤其是自从 2007 年 Siviloglou
等
[16]
首先在实验上实现了 Airy 光束, 人们对 Airy
光束以及可能的应用产生了浓厚的兴趣. 随后,
Ellenbogen 等
[17]
利用高斯光束二次谐波经过非对
称光晶体中产生了 Airy 光束, 这种在非线性晶体中
得到的 Airy 光束有望实现光学开关, 并且通过参
量下转换很容易扩展应用到量子光学领域; 蒲继雄
小组
[18]
进行了部分相干 Airy 光束短距离传输实
∗
国家自然科学基金 (批准号: 61475139)、国家重点基础研究发展计划 (批准号: 2013CB329501) 和中央高校基本科研业务费 (批准
号: 2012FZA3001) 资助的课题.
†
通讯作者. E-mail: qlin@zju.edu.cn
© 2014 中国物理学会 Chinese Physical Society http://wulixb.iphy.ac.cn
204101-1
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