大气湍流对自由空间光通信系统所造成的影响是不可忽略的, 为了减弱湍流对空间光通信系统带来的影响, 实验搭建了一套通信距离为900 m的真实大气信道宽谱部分相干光通信系统。系统采用皮秒脉冲泵浦高非线性光纤产生超连续谱并滤波得到部分相干宽谱脉冲, 对其调制后完成通信。在测试过程中, 实验专门设置了一条参考链路, 保证了测试环境的一致性。实验结果表明, 在中等湍流条件下, 系统光强闪烁指数为0.035 8, 相比窄线宽通信系统提升了23%, 最低探测灵敏度达到了-23.35 dBm, 相比窄线宽通信系统提升了42%。与窄线宽激光通信系统相比, 宽谱部分相干光通信系统可以明显降低湍流引起的光功率抖动, 并提升自由空间光通信系统通信性能。

理论分析了螺旋贝塞尔光束的产生机理。根据高斯-谢尔模型的交叉谱密度公式及交叉谱密度传播理论,推导得出了部分相干螺旋贝塞尔光束的表达式。研究了部分相干螺旋贝塞尔光束的传输特性,同时分析了相干度对其传输特性的影响。结果表明,随着传输距离的增加,光束截面光强分布对比度逐渐下降,光场分布由贝塞尔型分布逐渐向高斯型分布转变,但是光束仍具备螺旋自加速特性;高阶光束出现了暗核消退现象,并且暗核消退距离随阶数的增加而增加。随着相干长度的下降,贝塞尔光场分布区间逐渐减小,光束的无衍射距离缩短。同时,探讨了光场调控对光束的影响,其中包括了全息片的参数设定以及光场相干度的调节。

提出利用交叉谱密度函数描述焦散光束, 将焦散光束的研究范围从相干光拓展到部分相干光领域.结合菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式, 导出焦散光束在自由空间中的传输表达式.理论分析了光束射入不同倾斜角度轴棱锥引起的像散对焦散光束的影响, 并设计相关实验进行了验证, 实验结果与数值模拟相吻合.进一步研究入射光场相干性对焦散光束的影响, 发现随着入射光场空间相干长度的降低, 焦散光强的明暗分布会慢慢变模糊, 光束中心的光点阵列逐渐消失.

A method to evaluate damage in optical elements with the near field of an amplified spontaneous emission (ASE) beam has been developed. Local peak intensities are generally distributed randomly in the near field of a laser beam. The partial coherence of the ASE source results in a very smooth beam profile. The coherence time of ASE is much less than the pulse width. Small-scale intensity modulations can be smoothed out rapidly within the time of a pulse width. In the experiments, ASE is generated from a multifunctional high-performance Nd:glass system, with a pulse duration of 3 ns, a spectral width (full width at half maximum, FWHM) of 1 nm and an adjustable energy range from 1 to 10 J. The damage thresholds of samples induced by ASE are two to three times higher than those induced by a laser with the same size of test spot. Furthermore, the ASE beam has great potential for the detection of defects over a large area and the conditioning of optical elements.

对高轨目标成像时为减小恢复图像中的噪音,需对相干阵列系统参量进行优化以提高强度相干成像质量.根据强度相干原理分析空间频谱测量噪音和相位恢复噪音产生的原因,在高频探测器数量固定情况下,分析相干阵列的集光面面积、探测器排布间距等参量对成像质量的影响.通过室内实验,研究最优集光面面积和最短观测基线的选取方法.实验结果表明:对于14星等的地球同步轨道卫星,阵列最短基线长度为光场横向相干长度0.61倍,集光面直径为光场横向相干长度的0.46倍时可获得最佳成像效果.对阵列的优化能够提高强度相干成像质量.

A method to accurately evaluate optical thin-film damage threshold is presented. The poor coherences in time and space of amplified spontaneous emission (ASE) result in a very smooth beam profile in the near-field region and uniform intensity distribution of the focused beamlet in the far-field region. In order to increase the uniformity of the irradiation source and test the damage threshold with a greater precision, ASE beam is used to test the damage threshold. ASE is generated by a rod amplifier of the Ndglass in SG-II high power laser system. The pulse duration is 9 ns after an electro-optical switch with the output energy changing from a few millijoules to tens of joules. The spectral full width at half maximum (FWHM) is 1 nm. According to ISO-11254, the damage threshold of the TiO2 high reflection film using ASE is 15.1 J/cm2, which is higher than that of 7.4 J/cm2 tested by laser with pulse duration of 9 ns. So a more accurate evaluation of the samples damage thresholds can be obtained using ASE as the irradiation source.

提出了一种精确评估光学薄膜损伤阈值的方法。放大的自发辐射（ASE）光源由于时间相干性和空间相干性较差，所以在近场区域光场强度分布均匀，聚焦后远场也没有被非均匀调制。采用ASE光束作为光学元件损伤阈值测试的辐照光源，可以提高辐照光源的均匀度，实现对光学薄膜损伤阈值的精确评估。ASE光源由神光II高功率激光装置的一级钕玻璃棒状放大器输出，脉宽经过光电开关调制后为9 ns，能量输出在几毫焦耳到几十焦耳范围内可调节，光谱半峰全宽（FWHM）为1 nm。根据标准ISO-11254，实验获得ASE测试TiO2高反膜的损伤阈值为15.1 J/cm2，高于激光测试样品的损伤阈值7.4 J/cm2（脉宽为9 ns时），更准确地评估了样品的损伤阈值。

利用近年来发展的描述海洋湍流的空间功率谱函数，结合数值积分的方法计算并绘制了广义惠更斯菲涅耳积分中湍流项的大小随湍流参数变化的曲面图。继而通过魏格纳分布函数和光束二阶矩的定义模拟了部分相干厄米高斯(PCHG)光束的M2因子在海洋湍流中的变化情况，分析了光源参数的选择对于光束传输质量因子的影响。最后通过M2因子矩阵，计算了非旋转对称二维PCHG光束传输质量随旋转角α变化的轨迹图。发现随着传输距离的增大，在接收面上，光斑因x，y方向上模式的不同而造成轨迹图的形状的不同将逐渐消失，趋近于相同的圆形轨迹。

利用大功率单芯片红色发光二极管（LED）辐射出的光，入射到螺旋相位板，获得LED部分相干涡旋光。通过调节光的传输距离，获得不同相干度的部分相干光，分析并观察相干度对红光LED部分相干涡旋光束的影响。此外，还研究了涡旋光束拓扑荷数对部分相干涡旋光束光强分布的影响。实验结果和理论模拟基本一致。

本文研究了部分相干光离焦像面散斑的运动规律.激光离焦散斑是其特例.讨论了制约离焦量的因素,并对其实验技术进行了探讨和验证.