高斯本振与爱里斑信号光外差效率研究

"本文主要探讨了高斯本振光与爱里斑信号光在外差探测中的应用，分析了外差效率这一关键指标，并揭示了非准直效应和空间角失配对效率的影响，提出了优化光束参数以提高系统性能的方法。" 在激光技术领域，特别是在激光雷达（LIDAR）系统中，外差探测是一种常用的技术，它利用两个不同频率的光波混合产生一个较低频率的差频信号，从而实现对信号光的检测和分析。本研究假设激光外差探测系统采用高斯本振光和爱里斑信号光作为光信号体制。高斯光束以其良好的聚焦特性和易于操控性被广泛应用，而爱里斑信号光则具有独特的光强分布特性，对于某些特定的探测任务可能更具优势。 外差效率是衡量这种探测方式性能的关键指标，它涉及到能量转化的效率，即输入信号光与本振光在混合过程中转换为有用信号的比例。在本研究中，作者建立了详细的数学模型，通过数值仿真来研究非准直效应、光场振幅分布不均匀、空间角失配以及本振光等相面弯曲等因素如何影响外差效率。研究发现，非准直效应和空间角失配是导致外差效率下降的主要原因。非准直效应指的是光束偏离理想的直线传播路径，这会增加光能损失；而空间角失配则意味着信号光和本振光的相对角度不匹配，使得两者的干涉效果减弱。 为了解决这些问题，作者建议通过精确控制高斯本振光的光束参数，如光束宽度和发散角，来降低激光外差光学系统的准直难度，从而提高系统的外差效率。在理想的无损耗条件下，高斯本振光与爱里斑信号光的外差效率理论上限可以达到0.82，这是一个相当高的值，表明了这种探测体制的潜力。 此外，这篇论文还强调了激光雷达系统中选择合适的光束类型和优化光学设计的重要性。高斯光束和爱里斑光束的组合使用可以实现更高效的信号提取和分析，这对于远程探测、目标识别和环境监测等应用具有重要意义。 这篇研究对理解高斯本振光和爱里斑信号光在外差探测中的作用提供了深入见解，同时为提升探测系统的性能提供了实用的优化策略。通过对这些影响因素的控制和优化，可以进一步提高激光雷达和其他相干探测系统的效率和可靠性。