目录
第1章 绪论 1
1.1 大气湍流中奇点光学的研究背景 1
1.2 大气湍流中奇点光学的研究进展 3
参考文献 8
第2章 奇点光学与激光传输的基本理论 20
2.1 奇点光学的基本概念 20
2.1.1 螺旋型位相奇点 21
2.1.2 刃型位相奇点 22
2.1.3 混合型位相奇点 23
2.1.4 拓扑荷 24
2.1.5 偏振奇点 24
2.1.6 相干涡旋 25
2.2 奇点光束的产生方法 25
2.2.1 几何模式转换法 26
2.2.2 螺旋位相板法 27
2.2.3 计算全息法 29
2.2.4 空间光调制器法 30
2.2.5 角向光栅耦合法 31
2.3 激光传输的常用方法 33
2.3.1 几何光学方法 34
2.3.2 矩阵光学方法 34
2.3.3 波动方程 37
2.3.4 衍射积分方法 40
2.3.5 傅里叶光学方法 45
2.4 部分相干光的基本理论 47
2.4.1 互相干函数和互强度函数 47
2.4.2 交叉谱密度函数和复空间相干度 48
2.4.3 维格纳分布函数 49
参考文献 50
第3章 奇点光束在大气湍流中的传输特性 57
3.1 大气湍流的基本知识 57
3.1.1 大气基本描述 57
3.1.2 大气光学特性 60
3.1.3 大气湍流的形成 68
3.1.4 大气湍流结构常数 69
3.1.5 大气折射率起伏功率谱模型 70
3.2 涡旋光束在水平大气湍流中的传输变换 72
3.2.1 交叉谱密度函数 72
3.2.2 光强演化 74
3.2.3 束宽扩展 78
3.3 涡旋光束在斜程大气湍流中的传输变换 80
3.3.1 斜程传输与水平传输的比较研究 80
3.3.2 斜程中上行与下行路径的比较研究 83
3.4 线刃型位错光束在斜程大气湍流中的传输变换 86
3.4.1 光强演化 86
3.4.2 角扩展 89
3.5 涡旋光束在大气湍流传输中斯托克斯参量的变化 92
3.5.1 理论模型 92
3.5.2 数值计算和分析 97
参考文献 108
第4章 相干涡旋在大气湍流中的动态演化 113
4.1 相干涡旋的动态演化 114
4.1.1 单光束产生的相干涡旋演化 114
4.1.2 双光束产生的合成相干涡旋演化 118
4.1.3 多光束产生的合成相干涡旋演化 126
4.2 相干涡旋产生分类与拓扑荷守恒距离 137
4.2.1 相干涡旋的产生分类 137
4.2.2 拓扑荷的守恒距离 144
4.3 高阶涡旋的动态演化和传输轨迹 147
4.3.1 高阶相干涡旋的动态演化和传输轨迹 147
4.3.2 高阶光涡旋的动态演化和传输轨迹 152
4.4 相干涡旋偶极子在大气湍流中的演化 154
4.4.1 理论模型 154
4.4.2 数值计算与分析 156
参考文献 163
第5章 刃型位错的动态演化 166
5.1 线刃型位错在大气湍流中的转化 167
5.1.1 理论模型 167
5.1.2 数值计算与分析 170
5.2 圆刃型位错的动态演化 177
5.2.1 圆刃型位错光束的交叉谱密度函数 177
5.2.2 圆刃型位错在自由空间中的演化 179
5.2.3 圆刃型位错在大气湍流中的转化 181
参考文献 187
第6章 涡旋光束在大气湍流中的光束质量 189
6.1 激光光束质量的评价参数 189
6.1.1 聚焦光斑尺寸和远场发散角 189
6.1.2 斯特列尔比和陡峭度参数 190
6.1.3 桶中功率 191
6.1.4 光束传输因子 192
6.2 涡旋光束在大气湍流中光束质量的分析 193
6.2.1 光束传输因子分析 193
6.2.2 斯特列尔比分析 197
6.2.3 陡峭度参数分析 200
6.2.4 角扩展分析 203
6.2.5 维格纳分布函数分析 207
6.3 拓扑荷对涡旋光束质量的影响 210
6.3.1 拓扑荷对涡旋光束传输因子的影响 210
6.3.2 拓扑荷对涡旋光束角扩展的影响 213
参考文献 214
李晋红，男，1980年10月生，党员，山西左权人。2010年6月毕业于四川大学光学专业，获博士学位。现为太原科技大学物理系主任、光学工程和光学专业硕士生导师，兼任教育部高等学校光电信息科学与工程专业协作委员、教育部高等学校物理学类专业教学指导委员会华北地区工作委员会委员、中国光学学会光电技术专业委员会委员、中国仪器仪表学会光机电技术与系统集成分会理事、山西省物理学会理事，Optics Express、Optics & Laser Technology、Optica Application等期刊审稿人。主要从事自由空间光通信和奇点光学方面的科研工作，曾主持省级项目1项、参与完成重量项目2项，现主持和参研国家自然科学基金各1项，在Optics ExpreSS等刊物发表论文60余篇(SCI收录30篇、EI收录20篇)，出版学术著作2部，授权国家发明3项。曾获山西省高等学校很好成果奖(科学技术)二等奖(排名靠前)、山西省高等学校精品资源共享课“大学物理实验”主讲教师(排名第二)、山西省“兴晋挑战杯”很好指导教师、太原科技大学很好硕士学位论文指导教师、研究生思想政治教育优选导师、“科尼”奖教金、“很好共产党员”和“很好班主任”等荣誉。
奇点光学诱人的应用前景和大气湍流*复杂的多样性，使大气湍流中奇点光学的研究成为现代光学的重要研究方向。本书是在国家自然科学基金等项目的研究成果基础上完成的，较为系统和深入地论述了大气湍流中奇点光学的主要理论和方法，主要内容包括奇点光学与激光传输的基本理论，奇点光束在大气湍流中的传输特性，相干涡旋在大气湍流中的动态演化，刃型位错的动态演化，涡旋光束在大气湍流中的光束质量。
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