摘要：本文基于非线性薛定谔方程并利用快速傅立叶变换的光束传输方法数值研究了一类无序势中的PT光局域化。通过比较实晶格与相应的PT对称晶格,可以发现实晶格中的有效光束束宽更宽。无序度越弱,光局域化的区域越长。此外,对于线性、聚焦和散焦非线性介质来说,聚焦非线性的有效束宽最小。

在利用电荷耦合器件CCD对激光光束质量测量的过程中, 通过对比不同的激光波长, 分析了CCD的光电响应非线性特性对光束质量M2因子评价的影响。由于对未进行线性标定的CCD所测得的四种不同波长的激光器的光束束宽值相对比较大, 这会对激光光束质量的测量精度带来影响, 因此提出了一种新的基于面阵型光电探测器的光电响应标定方法。搭建基于CCD测量法的激光光束质量测量系统, 建立高斯型激光光束的近远场传输模型, 对激光束在传输方向上不同位置处的焦散廓形进行多次采样, 利用统计学方法得到CCD的光电响应线性区间。仿真和实验结果表明: 利用CCD光电响应特性的标定结果对图像进行非线性灰度修正, 对比国际标准激光光束质量分析仪, 所测得的激光光束质量M2因子更加准确且相对误差降低了2.36%。提出的方法可有效提高激光光束质量M2因子的测量精度, 对于评价激光光束质量具有重要的应用价值。

本文在考虑湍流内外尺度的情况下, 对部分相干高斯谢尔模型光束在大气湍流中的传输特性进行了研究.主要采用考虑湍流内外尺度的修正Von Karmon谱模型, 推导了部分相干光在大气湍流中的平均光强分布、光束扩展均方根束宽和漂移方差的解析式.对比分析了不同湍流强度情况下, 湍流内外尺度对部分相干光在大气湍流中水平和斜程路径上传输特性的影响.结果表明: 相同条件下, 光束在大气湍流中传输时, 沿斜程传输时的抗湍流能力强于水平传输; 相比于大气湍流内尺度, 大气湍流外尺度对光束漂移影响较大, 外尺度对光束扩展与光强分布的影响较小, 当湍流外尺度增大时, 漂移现象会越来越严重; 相比于大气湍流外尺度, 湍流内尺度对光束扩展与光强分布的影响较大, 当内尺度减小时, 光束扩展现象越来越严重, 光强分布也更分散, 内尺度对漂移几乎无影响.

最近人们[1-3]提出了一类反射式梯度特异材料表面系统, 此系统可以高效地将入射波转换成被束缚于材料表面的表面波, 这个系统成为连接行波和表面波的一座桥梁。以往人们研究梯度特异材料表面的反射特性时多是以入射平面波为主, 这里我们结合实际, 以入射的高斯光束作为研究对象, 讨论梯度特异材料表面对其的反射特性, 尤其是高斯光束的主入射角和束腰对反射行为的影响, 得到了与平面波入射不同的反射现象。对于临界角为17.2°的梯度特异材料表面, 束腰为4 的高斯光束以主入射角分别为0°、10°、30°入射时, 我们发现随着主入射角的变大, 入射高斯光束转变为表面波的比例增大; 而固定主入射角为30°, 我们通过改变束腰, 发现束腰越大, 波矢分布越窄, 越接近于平面波, 转变为表面波的效率就越高。在数值模拟中, 反射光束出现了明显的Goos-Hansen位移现象。同时还出现了类似光栅反射的特点, 即分叉现象, 这是由于模拟计算时网格不能无限小, 梯度特异材料表面不能模拟为折射率连续变化的材料而应该是阶跃式变化的材料。由于实际制备的梯度特异材料表面是人工微结构的排列, 因此微小的阶跃式变化的梯度特异材料表面更为实际。我们的工作对于利用梯度特异材料表面将入射高斯光束转变为表面波具有指导意义。

相比静爆测试，战斗部动爆测试能够为**系统评估提供更为准确的数据。在进行动爆测试时，波束宽度的选择将会直接影响测试时间点的选择。通过对战斗部动爆破片运动的分析、建模与仿真，分析了动爆破片的飞散和运动情况。同时，针对利用雷达进行动爆测试的技术手段，分析了雷达波束内的动爆破片数量、速度、距离分布等特性，并重点针对雷达波束宽度对战斗部动爆破片雷达特性的影响进行了分析。分析结果能为动爆测试技术的发展提供进一步的理论依据。

基于广义惠更斯-菲涅耳原理、交叉谱密度函数，利用修正Von Karmon谱模型以及ITU-R颁布的大气折射率结构常数模型，推导出部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中传输时的束宽及角扩展表达式，讨论并对比斜程和水平两种传输方式下天顶角、传输距离、湍流强度、相干长度等参数对光束束宽与角扩展的影响，同时分别从相对束宽和相对角扩展的角度分析各种参数对于光束抑制湍流能力的影响，并给予相应的物理解释。结果表明：当天顶角小于π/3时，光束在斜程传输时的光束扩展和角扩展量接近于垂直传输，所受湍流影响很小。传输距离大于1 km时，束宽和相对束宽随传输距离的增加而明显增加。光束相干长度越大，光束所受湍流影响越大，而束宽及角扩展会随之减小。

根据广义惠更斯-菲涅耳原理及交叉谱密度矩阵推导出部分相干径向偏振光束及高斯光束在大气通信中二阶矩束宽的解析表达式,同时通过对比大气湍流强度、相干长度及光源波长对两种光束在大气通信中束宽展宽及角扩展的影响,说明部分相干径向偏振光束在大气通信中更具优越性.研究表明,部分相干径向偏振光束及高斯光束在大气湍流中的传输都满足如下规律：大气湍流强度越大,则束宽展宽越大,角扩展越大:光源相干长度越大,则光束受大气湍流的影响越大,角扩展越小:光源波长越长,光束受大气湍流的影响越小,角扩展越大.但大气湍流强度、光源相干长度及波长三方面对部分相干径向偏振光束束宽展宽的影响远小于其对高斯光束束宽展宽的影响,即同一参数下,高斯光束束宽展宽远大于部分相干径向偏振光束束宽展宽.此外,高斯光束的角扩展不仅与上述三参量有关,还受其光束束腰宽度影响,而光束的束腰宽度对部分相干径向偏振光束的角扩展并不产生影响.以上结论表明部分相干径向偏振光束相对于高斯光束更有利于在大气湍流中传输,同时关于大气湍流强度、光源相干长度及波长三参量的研究,对于部分相干径向偏振光束在大气光通信中的应用具有指导作用.

采用强度矩量分析法得到拉盖尔高斯涡旋光束的波束宽度及发散角。利用复源点方法得到厄米高斯光束的球矢量波函数展开形式，结合厄米多项式与拉盖尔多项式的转换关系，推导得到拉盖尔高斯涡旋光束展开为球矢量波函数的表达式。利用广义洛伦兹Mie理论，研究了拉盖尔高斯涡旋光束对癌细胞的散射特性。数值分析了不同模阶数及不同传输距离的拉盖尔高斯涡旋光束在垂直于传播方向横截面的强度和相位分布。结果表明：随着径向、方位向模阶数及传输距离的增加，拉盖尔高斯涡旋光束的光斑尺寸变大，另外随着传输距离的增加，拉盖尔高斯涡旋光束的相位结构呈现不同于源平面的特点。利用拉盖尔高斯涡旋光束的强度分布特征来解释不同模光束入射的散射强度的角分布特点。

分析了基于CCD相机激光光束宽度测量过程中引入的噪声特性，并给出了有效抑制噪声的方法，说明了在光束宽度计算过程中尤其采用4σ算法时，积分区域选取的意义及正确的选取方法，总结了影响基于CCD相机激光光束宽度精确测量的因素。通过实验，进一步验证了用4σ算法计算激光光束宽度时，特别是计算小光斑光束宽度时，积分区域限制的重要性；提出了积分区域最佳选取值为2倍的光束宽度；得出了如无噪声影响，CCD空间分辨率对基于4σ算法的光束宽度结果影响很小的结论，即采用4σ算法虽然光束宽度内仅有十几个甚至几个像素，仍可得到准确的光束宽度值；定量给出了高频随机噪声对基于4σ算法的光束宽度测量重复性的影响，以及提高测量结果精确度的方法；分析了基底噪声对基于4σ算法的光束宽度测量结果的影响程度，提出了正确的背景图像扣除方法以减少基底噪声的影响。