摘要: 矢量光束在大气湍流中的传输近年来受到广泛关注。与标量光束相比，矢量光束已开始被证实在抵抗大气湍流带来的光束退化方面具有明显优势，例如更稳定的传输和更小的闪烁。因此，矢量光束在光通信、成像、遥感和激光雷达等领域具有广阔的应用潜力。In... 展开 矢量光束在大气湍流中的传输近年来受到广泛关注。与标量光束相比，矢量光束已开始被证实在抵抗大气湍流带来的光束退化方面具有明显优势，例如更稳定的传输和更小的闪烁。因此，矢量光束在光通信、成像、遥感和激光雷达等领域具有广阔的应用潜力。Ince-Gaussian(IG)矢量光场作为一类比Laguerre-Gaussian(LG)模式和Hermite-Gaussian(HG)模式更普遍的一类本征光场，具有更丰富的模态和自由度。因此开展IG矢量(IGV)光束在大气湍流中的研究，对于自由空间光通信等应用有着重要的研究意义。 本文的主要工作如下： 1.采用多重随机相位屏法，进行了IGV光束的大气湍流传输研究。基于角谱法和vonKarman指数功率谱，采用次谐波补偿法进行低频成分补偿，生成了低频成分丰富的随机大气相位屏。研究结果表明，IGV光束具有明显的抗湍流的优势。三阶、四阶、五阶和六阶IGV光束在弱湍流中(C2n=10-15m?2/3)传输2500m时能保持光强特征结构的完整性，过程中闪烁指数峰值小于2，光斑质心的径向偏移量小于0.04m，在传输800m时的偏振态与源平面相比变化较小。在强湍流(C2n=3×10-13m?2/3)中传输时，IGV光束能较好保持特征结构至1000m附近，传输2500m的过程中闪烁指数小于3.5，光斑质心的径向偏移量小于0.04m，在传输800m时光束的横向偏振态分布能保持较好的特征结构，同时，高阶IGV光束在抗湍流特性方面优于低阶IGV光束。 2.研究了携带涡旋相位的IGV光束(IGVV)在大气湍流中的传输特性。分别对偶模和奇模分量携带整数阶和分数阶涡旋相位的传输特性进行了模拟，结果表明，携带拓扑荷数对于相位的保持特性有削弱作用，相位分布在传输过程中波动更明显。加载分数阶涡旋相位时，光束相位在弱湍流中的传输稳定性高于加载整数阶涡旋相位。不论在弱湍流或者强湍流中传输，IGVV的偶模和奇模的相位结构都能保持300m的特征识别距离。此外，在传输相同距离时，弱湍流下四阶IGVV偏振结构的传输相比四阶IGV更为稳定。 3.基于液晶空间光调制器(SLM)，生成IGV光束，并通过在SLM上加载相位膜片来模拟大气湍流，初步进行了IGV光束传输特性的实验研究。实验证实，叠加三层相位膜片时，IGV偶模和奇模都有较强的抗湍流特性，并且作为IGV模式，在通过大气湍流以后，相比于标量IG模式，光强分布的特征结构保持更完整，弱湍流中四阶IGV模式和三阶IGV都具有较强的抗湍流特性。 收起