相干和偏振是统计光学体系中紧密联系的两个方面,对激光的传输性质有重要的影响。自从Wolf在2003年提出了相干与偏振的统一理论后,部分相干光从标量理论发展到了矢量理论,并与光场的偏振性紧密联系起来。该理论不仅丰富了光学的理论体系,而且给出了统计光学许多层面的新见解,并进一步在应用领域产生了重要的价值,如跟踪、遥感、光通讯等。最近有许多文献研究光束经过光学湍流后的偏振特性的改变,而在自然界中最好的光学湍流的例子就是大气和海洋。两种介质都得到了一定程度的研究,但是由于大气湍流较易理解,所以研究大气湍流的相对较多。大气湍流主要是由温度的波动导致,而海洋湍流则是由温度和盐度波动两部分导致。在相当长一段时间里两者都是分开来讨论的,直到最近一个综合考虑的模型才被提出来。这个模型的能谱是由温度和盐度组成的。最近,光在海洋中的传输、成像、传感引起了人们的兴趣,于是研究随机电磁光束受到海洋湍流的影响就显得非常重要了。但是和大气湍流相比,光在海洋中的传输是一个相对来说比较新的领域。本文重点研究了随机电磁光束在海洋湍流中传输时的各种特性的变化,得到了一些有意义的结果。全文分为五章,安排如下：第一章：通过了解和分析国内外相关领域的研究现状和发展趋势,指出了本论文研究工作的目的和意义。然后介绍了研究工作中所使用的主要方法和理论基础。最后,分析介绍了当前该领域的研究热点：谱交叉偏振度和三维随机电磁光束。第二章：利用广义惠更斯-菲涅尔原理,得到了随机电磁光束在海洋湍流中传输的交叉谱密度矩阵的表达式。从这个公式可以得到光束传输时的谱密度、谱相干度、谱偏振度、方向角和椭圆率的变化。数值模拟结果表明,随机电磁光束在海洋湍流中传输时的谱相干度随着传输距离的增加会趋向于0。同时,研究还发现各向异性的源和各向同性的源在传输过程中的各种统计特性有很大差别。第三章：本章研究的是象散随机电磁光束在海洋湍流中传输时的各种特性的变化。以高斯-谢尔模型(GSM)作为例子,我们得到了谱密度和谱偏振度在海洋湍流中传输时的表达式。数值模拟结果表明,在海洋湍流中传输时轴上点的谱密度会受到源的相干特性以及海水参数的影响。接着,研究发现,沿x轴方向、y轴方向的谱密度的变化与轴上点的谱密度的变化有本质的区别。然后,我们发现随着象散参数的增大,谱密度在轴上点的最大值迅速增大而且取最大值的点离源点的距离变得越来越近。最后,我们研究了象散对偏振度的影响,发现偏振度和象散有关。第四章：以高斯-谢尔模型(GSM)光束作为部分相干光的例子,我们得到了有关光束质量的一些参数经过海洋湍流后的表达式,包括均方光束宽度r(z)、PIB.β参数和Strehl比。结果表明,海洋湍流会使光束质量降低,但是部分相干光相比于完全相干光则较少受到海洋湍流的影响。第五章：总结已经完成的工作,指出还需深入研究的工作。