高斯-谢尔模光束在大气湍流中的相干性研究

"高斯-谢尔模光束在大气湍流中传输的相干特性研究" 在光学领域，尤其是在激光通信和远程探测等应用中，理解光束在不同环境中的传播特性至关重要。这篇研究论文深入探讨了高斯-谢尔模（Gauss-Schell model）光束在大气湍流条件下的相干特性，这是对传统激光相干性和方向性认识的一种扩展。高斯-谢尔模光束是一种特殊的部分相干光源，其远场强度分布与完全相干的高斯光束相似，因此在实际应用中具有广泛的意义。 文章指出，在自由空间中，光束的相干长度变化主要取决于光源自身的参数，而在大气湍流中，这个变化不仅与光源参数有关，还受到大气湍流的影响。具体来说，光束在真空中的扩展会导致相干长度增加，这是因为光束扩散使得相邻光子间的相位关系保持得更久，从而增加了它们的相干性。然而，当光束在大气湍流中传播时，情况变得复杂。在短距离内，光束的扩展同样会增加相干长度，但随着传播距离的增加，湍流开始显著影响光束的波前，导致波前随机性增加，从而降低相干性，相干长度随之下降。 为了更准确地评估大气湍流对光束相干性的影响，作者提出采用相干长度与光斑尺度的比值作为分析指标，这是因为这个比值可以消除光源扩展带来的影响。他们发现，在湍流环境下，这个比值会下降，这意味着湍流确实降低了光束的空间相干性。这一发现对于理解和预测激光在大气传输时的性能变化具有重要意义，特别是在考虑激光通信的误码率或远程探测系统的分辨率时。 此外，该研究基于数值仿真进一步验证了这些结论，为未来在实际环境中优化激光系统的设计提供了理论依据。这些仿真结果支持了之前关于湍流对相干长度影响的理论分析，并为实验验证提供了指导。 这项工作揭示了高斯-谢尔模光束在大气湍流中传输时的复杂相干性行为，强调了在考虑激光在实际应用中的性能时，必须同时考虑光源特性、光束扩展以及大气湍流的综合影响。这为未来在湍流环境中的激光应用，如大气激光通信和遥感技术，提供了重要的理论基础和研究方法。