湍流对激光啁啾调幅外差探测系统的影响

发布时间：2023-06-03 11:18

　　光外差探测技术以其灵敏度高于直接探测方式几个数量级等诸多优点而广泛应用于激光雷达、激光通信、大气监测、目标探测等领域。基于外差探测的高灵敏度,可以实现目标远距离探测的,高精度的速度和距离测量的激光啁啾调幅外差探测系统被提出,大大提升系统测距的范围。然而,在大气环境下的远距离探测中,大气湍流引起的折射率随机起伏将引起激光束到达角起伏,相干性退化,光强闪烁等,这些都严重影响激光啁啾调幅外差探测系统的探测性能。基于湍流对外差探测影响的理论研究较为成熟,相关的实验研究相对滞后,而在实际大气中进行湍流影响的实验,不仅耗时,成本高,而且实际大气湍流的随机性使得湍流强度可控性差,因此本文基于室内热风式湍流模拟器模拟大气湍流,开展湍流对激光啁啾调幅外差探测影响的实验研究。本文理论上推导了到达角起伏方差和大气相干长度对全光纤外差探测系统的耦合效率影响的公式,并进行了相应的仿真分析。基于湍流下平面波的到达角起伏概率密度分布函数,推导了到达角起伏方差与系统平均耦合效率关系的公式,对其仿真结果表明,当光纤模场半径与耦合透镜焦距比值的平方等于到达角起伏方差时,此时平均耦合效率降至10%左右。同时基于湍流下平面波...

【文章页数】：100 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 选题意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 激光外差探测的研究现状
        1.2.2 线性调频连续波（FMCW）激光雷达研究现状
        1.2.3 大气湍流对外差探测影响的研究现状
        1.2.4 大气湍流对单模光纤耦合效率的影响
    1.3 论文主要内容
第二章 大气湍流对外差探测影响的理论分析
    2.1 外差探测原理
    2.2 湍流下的激光大气传输理论概述
        2.2.1 大气湍流描述
        2.2.2 Zernike多项式展开法
        2.2.3 激光大气传输仿真
    2.3 大气湍流对耦合效率的影响
        2.3.1 耦合效率
        2.3.2 Zernike各阶项对耦合效率的影响
    2.4 到达角起伏对外差效率的影响
    2.5 大气相干长度对外差探测输出信噪比的影响
        2.5.1 平面波在湍流大气中传播的互相干函数
        2.5.2 大气相干长度对耦合效率的影响
        2.5.3 大气相干长度对外差探测输出信噪比的影响
    2.6 本章小结
第三章 激光啁啾调幅外差探测实验系统
    3.1 激光啁啾调幅外差探测系统
        3.1.1 激光啁啾调幅外差探测原理
        3.1.2 系统组成
    3.2 激光啁啾调幅外差探测实验性能测试
        3.2.1 激光啁啾调幅外差探测系统测距精度
        3.2.2 系统仪器测试
        3.2.3 激光外差探测实验系统测试
        3.2.4 激光啁啾调幅零差探测系统测试
    3.3 本章小结
第四章 湍流对激光啁啾调幅外差探测系统的影响
    4.1 大气湍流模拟器
        4.1.1 热风式大气湍流模拟装置
        4.1.2 湍流特性测量结果
    4.2 湍流对激光外差探测信噪比的影响
        4.2.1 湍流对耦合效率的影响
        4.2.2 大气湍流对激光外差探测输出信噪比的影响
    4.3 湍流对激光啁啾调幅外差探测系统的影响
    4.4 本章总结
第五章 总结和展望
    5.1 主要研究内容
    5.2 进一步研究方向和方法
参考文献
致谢
作者简介



本文编号：3829234