第 4  页 本科毕业设计说明书

1。4 光场的关联特性

以前人们一直认为光场的相干与偏振没有什么联系，这就导致人们认为一束在自由空间 传播的光束的偏振状态是不变的[8]，但是在 1994 年 James 用一个简单的例子表明光束在传播 中偏振态是在改变的。1998 的 Gori[9]和 2003 的 Wolf[10]介绍了部分相干矢量光束的相干偏振 统一理论，分别解释了这两个特性是密切相关的[11]。随着时间发展，部分相干光理论愈发完 善，标量的部分相干光逐渐的拓展到了矢量的部分相干光，从此对光束的偏振特性有了较为 详尽的描述。人们也确定了光束的相干性与偏振特性一定有着一定的联系。为了方便研究人 们发明了许多方法如菲涅尔衍射积分，二阶矩方法，数值计算，高阶矩方法和 Wigner 分布函 数方法等方法，想通过这些方法来研究光束的传输变换。文献综述

严格的讲在实际中物理光源发出的光绝不会是真正意义上的单色，因为哪怕是最锐的光 谱线也具有一定的宽度。所以现实中的光都是部分相干光。对一个具有有限宽度的光谱线的 光源所产生的波场进行恰当的描述，要对该波场中不同的两点的振动之间存在的关联设定一 种量度，这种量度应该可以表达这两点发出的振动在回合时所产生的干涉条纹的锐度。所以 当关联很高时，条纹很锐，当关联很低时，条纹模糊，当没有关联时，条纹消失。这三种情 况我们分别用相干的、部分相干的、不相干的来表示。但就一般情况而言，实际情况既非相 干也非不相干，而是第二种情况部分相干的。光场的统计特性作为部分相干光经典理论的基 础，在空间时间域中，我们可以通过互相干函数描述光场的相干性，将互相干函数归一化就 可以得到复相干度，可以用复相干度度量光场的相干性。部分相干光的空间频率域理论是由 空间时间域理论推广得到的，在空间频率域中，交叉谱密度函数可以描述光场相干性，如果 将交叉谱密度函数归一化，就可以得到复空间相干长度[12]。

在 1978 年 Collett 和 Wolf 通过不断的尝试产生了一种具有高方向性、低相干性的光源， 这种光源也称之为 Collett-Wolf 光源[13]。这种光源产生的光束就是高斯-谢尔模光束。高斯-谢 尔模光束结构简单是部分相干光束中的基础光束[14]。在 1979 年在此基础上 Santis 等人提出了 另一种产生 Collett-Wolf 光源的方法[15]。从那以后 Tervonen 等人深入研究并提出了一种利用 声光合成的方法来产生高斯-谢尔模光束[16]。基于光场的相干偏振统一理论，最近研究表明， 调制光束的关联（相干）特性，可以有效调控光参数特性，如光强分布、光束质量、偏振度 及偏振态分布等，但是在过去的几十年间只有少数的相干函数被提出，如谢尔模关联、贝塞 尔关联、拉盖尔关联[17-20]。自从 2007 年 Gori 基于部分相干光源的非负性定义引入产生具有 真实关联函数光束的充分条件以来[21]，越来越多的研究者在理论和实验上对各种具有新模式 的光束空间相关函数的光源进行积极地探索，并发现了一些新奇的特性。2011 年，Lajuen 等

本科毕业设计说明书 第 5 页 人提出了非均匀关联的光束，它的相干度分布跟空间位置有关，在传输过程中显示出了自聚 焦及最大强度值侧向偏移[22]；多高斯谢尔模光源在远场具有可调的平顶光强分布[23]；余弦-来~自,优^尔-论;文*网www.youerw.com +QQ752018766-

高斯谢尔模光源具有圆对称性[24]；矩形对称光源在传输过程中产生空心现象，并逐渐分裂成 四个子光斑[25]；其他一些关联光源，如拉盖尔高斯关联源、厄米高斯关联源、特殊关联径向 偏振光束[26]等均发现在传输过程中具有新颖的光束整形现象。对光束空间关联特性的调制， 不仅丰富了经典的相干理论，在自由空间光通信、光学成像、粒子捕获及光学散射等领域同 样具有研究意义。