超短脉冲光束的时空域调控是现代光学领域的重要研究课题。本书系统且深入地论述部分相干脉冲光束的基本理论、主要方法和传输变换特性。内容主要包括部分相干脉冲光束的相关概念、基本方法、传输方程、光谱移动和光谱开关、统计光学特性、散射特性、空间/时间关联结构调控、相位奇点演化和时空相干涡旋等。
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“信息科学技术学术著作丛书”序
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状 3
1.3 研究的目的和意义 5
参考文献 6
第2章 基本理论和研究方法 11
2.1 超短脉冲相关概念 11
2.1.1 描述脉冲特性的物理量 11
2.1.2 常见脉冲的数学物理模型 14
2.2 研究超短脉冲光束的基本方法 22
2.2.1 傅里叶变换方法 22
2.2.2 直接求解波动方程 25
2.3 部分相干脉冲光束的传输方程 27
2.3.1 空间-时间域 27
2.3.2 空间-频率域 28
2.4 超短脉冲光束的应用和时间相干性的影响 29
2.4.1 在强场物理中的应用 29
2.4.2 在医学中的应用 31
2.4.3 时间相干性的影响 31
2.5 奇点光学基本概念 32
2.5.1 完全空间相干单色光的相位奇点——光涡旋 32
2.5.2 偏振奇点——V点、C点和L线 34
2.5.3 完全空间相干多色光相位奇点 35
2.5.4 部分空间相干光相关函数的相位奇点 35
2.6 奇点光学的应用 36
2.6.1 微粒操控——光镊 36
2.6.2 微粒操控——光扳手 38
2.6.3 信息编码和传递——光谱开关 39
2.7 光的衍射理论 41
2.7.1 稳态完全空间相干光 41
2.7.2 稳态部分空间相干光 43
2.7.3 部分相干脉冲光 47
2.8 本章小结 49
参考文献 49
第3章 部分空间相干部分时间相干脉冲光束的光谱移动和光谱开关 56
3.1 超短脉冲光束在自由空间中的光谱和时间特性 56
3.1.1 理论模型 56
3.1.2 数值计算结果和分析 59
3.2 被光阑衍射时脉冲光束远场的光谱移动和光谱开关 63
3.2.1 理论模型 63
3.2.2 数值计算结果和分析 66
3.3 杨氏实验中脉冲光束远场的光谱移动和光谱开关 72
3.3.1 理论模型 72
3.3.2 数值计算结果和分析 75
3.4 大气湍流中脉冲光束的光谱移动和光谱开关 82
3.4.1 理论模型 82
3.4.2 数值计算结果和分析 84
3.5 本章小结 90
参考文献 91
第4章 部分相干脉冲随机电磁光束的统计光学特性 95
4.1 高斯-谢尔模型脉冲电磁光束的统一描述 95
4.1.1 理论模型 95
4.1.2 特例 99
4.1.3 数值计算结果和分析 103
4.2 色散介质中高斯-谢尔模型脉冲电磁光束的偏振度 106
4.2.1 理论模型 106
4.2.2 特例 110
4.2.3 数值计算结果和分析 110
4.3 J0相关谢尔模型脉冲电磁光束的光谱、偏振度和相干度 116
4.3.1 理论模型 116
4.3.2 特例 120
4.3.3 数值计算结果和分析 121
4.4 高斯-谢尔模型脉冲电磁光束的广义Stokes参数 125
4.4.1 理论模型 125
4.4.2 数值计算结果和分析 128
4.5 本章小结 135
参考文献 136
第5章 部分相干脉冲光束经介质的散射特性 140
5.1 随机介质 141
5.1.1 理论模型 141
5.1.2 数值计算结果和分析 144
5.2 确定介质 148
5.2.1 理论模型 148
5.2.2 数值计算结果和分析 151
5.3 偏振对散射的影响 154
5.3.1 理论模型 154
5.3.2 数值计算结果和分析 163
5.4 逆散射问题 169
5.4.1 逆散射的概念 169
5.4.2 逆散射问题举例 169
5.5 本章小结 171
参考文献 172
第6章 特殊时间、空间关联部分相干脉冲光束的传输变换 178
6.1 多高斯时间关联 179
6.1.1 理论模型 179
6.1.2 数值计算结果和分析 181
6.2 余弦高斯时间关联 182
6.2.1 理论模型 182
6.2.2 数值计算结果和分析 183
6.3 拉盖尔-高斯时间关联 192
6.3.1 理论模型 192
6.3.2 数值计算结果和分析 194
6.4 相干光栅时间关联 196
6.4.1 理论模型 196
6.4.2 数值计算结果和分析 199
6.5 余弦高斯空间关联、拉盖尔-高斯时间关联 207
6.5.1 理论模型 207
6.5.2 数值计算结果和分析 210
6.6 脉冲光源的统一理论模型和实验产生方法 219
6.6.1 统一理论模型 219
6.6.2 实验产生方法 224
6.7 本章小结 225
参考文献 227
第7章 特殊空间波形部分相干脉冲光束的相位奇点 232
7.1 高阶贝塞尔-高斯脉冲光束相位奇点的演化 232
7.1.1 理论模型 232
7.1.2 数值计算结果和分析 234
7.2 被透镜聚焦高阶贝塞尔-高斯脉冲光束的相位奇点和光谱开关 239
7.2.1 理论模型 239
7.2.2 数值计算结果和分析 241
7.3 部分光谱相干高阶贝塞尔-高斯脉冲光束的相位奇点和光谱变化 251
7.3.1 理论模型 251
7.3.2 数值计算结果和分析 254
7.4 本章小结 260
参考文献 261
第8章 部分相干脉冲光束的时空相干涡旋 263
8.1 相干诱导的时空相干涡旋 264
8.1.1 理论模型 264
8.1.2 数值计算结果和分析 268
8.2 时空相干涡旋中的相干开关 275
8.2.1 理论模型 275
8.2.2 数值计算结果和分析 275
8.3 产生时空相干涡旋和位错的一种方法 283
8.3.1 理论模型 283
8.3.2 数值计算结果和分析 286
8.4 本章小结 293
参考文献 294
附录 电磁高斯-谢尔模型平面波脉冲互相干函数矩阵非负条件的推导 298
参考文献 301
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