随机相位阵列光束在湍流大气中的传输特性

发布时间：2017-03-19 02:00

  本文关键词：随机相位阵列光束在湍流大气中的传输特性，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着激光雷达、大气光通信等技术的发展,激光束在湍流大气中的传输特性研究受到广泛关注,尤其最近几年,由单光束相干合成的阵列光束因其在湍流大气中跟踪、遥感以及远距离光通信的应用价值而备受重视。目前,阵列光束传输特性的理论研究工作大多集中在假设各个光束的初始相位相同,而在实际工作中,各个子光束之间的随机相位差直接影响光束合成效果,即对光束的强度分布以及光束质量产生的影响。所以与追求相位相同而获得高功率激光不同,对各个支路加入主动的随机相位调制的光纤阵列合成,可以产生空间相干性可控的部分相干光,其在大气传输中具有抑制湍流影响的特性。因此研究随机相位阵列光束在湍流大气中的传输特性具有重要的理论意义和实际应用价值。为了克服Kolmogorov湍流谱和Tatarskii湍流谱在原点有不可积的极点这一缺点,本文研究湍流大气对光束传输的影响时主要采用von Karman谱模型。首先通过数值模拟von Karman谱下的湍流大气相位起伏,采用多层相位屏的方法,对大气中不同排布方式的高斯型阵列光束的远场光斑进行了数值模拟,并进行了统计分析。用数值模拟方法依次研究了高斯型阵列光束在湍流大气中的强度分布、光束漂移和光强闪烁特性。计算模型和结果为工程中实际应用提供了参考。论文介绍了随机相位光纤阵列产生部分相干光的原理。设计了一套望远镜准直扩束系统,对产生的部分相干光进行准直扩束,推导了光纤阵列光束通过ABCD系统传输的光强分布,并将准直前后进行比较,得到理想的效果。实际大气密度随距地面高度不同而变化,不同高度下大气湍流强度不同,地空路径下部分相干光在大气湍流中传输特性研究需考虑光束斜程路径影响。本论文根据广义惠更斯-菲涅尔原理,理论上研究了具有随机相位的激光束阵列在湍流大气中的斜程传输特性。对随机相位阵列光束的光束扩展的进行了研究,光束束宽在斜程传输路径上不仅与束腰半径、湍流强度和传输距离有关,还与天顶角密切相关。最后对径向分布随机相位阵列光束的闪烁指数进行了推导,分析讨论了阵列光束的径向半径,光束个数对轴上和离轴闪烁指数的影响。
【关键词】：大气湍流 随机相位 阵列光束 部分相干光 激光传输特性
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O357.5;TN24
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符号对照表10-11
• 缩略词语对照表11-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 研究目的及意义14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.2.1 阵列光束合成研究现状14-15
• 1.2.2 激光束在湍流大气中传输的研究现状15-16
• 1.2.3 激光束在光学系统中传输的研究现状16-17
• 1.3 论文主要工作17-20
• 第二章 湍流大气中激光波束传输理论概述20-33
• 2.1 大气湍流概述20-23
• 2.1.1 大气湍流简要描述20
• 2.1.2 大气折射率结构常数模型20-22
• 2.1.3 大气湍流功率谱模型22-23
• 2.2 广义惠更斯-费涅尔原理23-25
• 2.3 光束传输特性的评价参数25-30
• 2.3.1 二阶矩束宽25-26
• 2.3.2 光束漂移26
• 2.3.3 光强闪烁26-30
• 2.4 激光光束合成30-31
• 2.4.1 相干合成31
• 2.4.2 非相干合成31
• 2.5 矩阵光学31-32
• 2.6 小结32-33
• 第三章 高斯型阵列光束在湍流大气中传输特性的数值模拟33-45
• 3.1 光束在湍流大气中的传播过程的数值模拟33-36
• 3.1.1 光传输理论33-34
• 3.1.2 数值模拟湍流大气相位屏34-36
• 3.2 高斯光束在湍流大气中光强分布的数值模拟36-39
• 3.3 阵列光束在湍流大气中强度分布的数值模拟39-41
• 3.4 径向分布阵列光束在湍流大气中传输特性的数值模拟41-44
• 3.4.1 径向分布阵列光束光强分布41-42
• 3.4.2 径向分布高斯型阵列光束的漂移特性42-43
• 3.4.3 径向分布阵列光束的闪烁特性43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 随机相位阵列光束产生部分相干光45-56
• 4.1 部分相干光基本理论45-46
• 4.2 基于相位调制的光纤阵列产生部分相干光46-49
• 4.2.1 光纤阵列产生部分相干光原理介绍46-48
• 4.2.2 部分相干光的相干性仿真计算48-49
• 4.3 光纤阵列通过ABCD光学系统的准直扩束49-54
• 4.3.1 双透镜系统准直扩束原理49-52
• 4.3.2 光纤阵列光束的准直扩束52-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 随机相位阵列光束在湍流大气中传输特性56-70
• 5.1 随机相位阵列光束在湍流大气中传输的光强分布56-61
• 5.1.1 湍流强度对随机相位阵列光束光强分布的影响58-59
• 5.1.2 占空比对随机相位阵列光束强度分布的影响59-60
• 5.1.3 随机相位对阵列光束强度分布的影响60-61
• 5.2 随机相位阵列光束在湍流大气中传输的光束扩展61-63
• 5.3 随机相位阵列光束在湍流大气中传输的光强起伏63-69
• 5.3.1 公式推导63-67
• 5.3.2 数值计算与分析67-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 总结和展望70-72
• 6.1 主要研究内容和结论70-71
• 6.2 进一步研究方向与方法71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-78
• 作者简介78-79

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本文编号：255313