部分相干反常空心高斯光束在湍流大气中的传输特性研究
发布时间：2021-08-10 04:08
激光在大气中传输时由于受大气湍流的影响,从而引起激光束的空间扩展、角扩展、光束漂移等一系列传输效应,进而严重制约了激光在激光雷达、激光遥感、激光通信和激光测距等方面的应用。近年来,各国科研人员对部分相干光在湍流大气中的传输进行了深入的研究。反常空心高斯光束是近年来发现的一种新型光束,其中心光强不为零。这种光束为研究横向不稳定性,尤其是尾流场和晶格非线性的相互作用提供了一种独特的模型。另外,反常空心高斯光束还可以作为在储存环中研究线性和非线性粒子动力学的有力工具。因此,对部分相干反常空心高斯光束在湍流大气中传输特性的研究具有非常重要的科学意义。本文将从以下几个方面展开研究:1.根据广义扩展惠更斯-菲涅尔原理以及维格纳分布函数的二阶矩定义,基于湍流大气的Tatarskii谱,得到了部分相干反常椭圆空心光束（PCAEHGB）在湍流大气中的均方根角扩展和M2因子的解析表达式。数值分析了湍流内尺度、天顶角、束腰宽度、相干长度以及波长对均方根角扩展和M2因子的影响。对比分析了PCAEHGB在湍流大气中斜程传输和水平传输时的不同特性。结果表明,PCAEHG...
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高斯光束[78]
0R z z （2.11）可知，高斯光束的远场发散角包含了在传输距离 z 处的几何张角与衍射发散两部分献。（2.10）式表示高斯光束在自由空间中传输时的远场发散角。部分相干反常空心高斯光束在初始平面上的电场分布为[13]: 2 2 2 222 2 2 20 0 0 02 2, ,0 exp ,x y x yx y x yE x y H （2.12）其中 0x和 0y分别为象散高斯光束在 x′和 y′ 方向上的束腰半径。H2(·) 是二阶mite 多项式。一般情况下， 0x≠ 0y，公式（2.12）表示反常椭圆空心光束；当 0x= 0表示反常圆空心光束。本文主要讨论部分相干反常椭圆空心高斯光束在湍流大气中输特性。根据 Hermite 多项式的展开式： 22H x 2 4 x,（2.13）(2.12)还可以表示为象散高斯模式和象散环状模式的叠加，其表达式如下： 2 2 2 22 2 2 20 0 0 08 8, ,0 2 exp ,x y x yx y x yE x y （2.14）(a) (b)
1 21 1 2 2 1 2, , , , , ,W W I I r r r r r r 0≤|μ(r1,r2, τ)|≤1。色场，V r , V r exp i t 对应的交叉谱密度函数为 1 2 1 2 1 2 W , V , V , V V r r r r r r 谱密度函数 W(r1,r2)与互强度 J(r1,r2)在描述光场空间相干性时是等在空间—频率域和空间—时间域中描述的光场的相干性物理量，其当准单色场近似成立时，才使用互强度，但对交叉谱密度函数没有扩展惠更斯-菲涅尔原理和维格纳分布函数s-Fresnel 原理是标量衍射理论的基本原理[78]。表述为：波前上每一源，从这些点发出次波来，而空间中某一点的光波场就是这些次波果。但是对于大量光衍射现象的处理，需要比较精确的数学表述，即 衍射积分方程。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光技术在金属材料加工工艺中的应用[J]. 顾银娥. 信息记录材料. 2018(02)
[2]高斯阵列光束自耦合特性的实验研究[J]. 柯熙政,张雅. 红外与激光工程. 2017(08)
[3]激光的应用与发展[J]. 傅哲泓. 电子技术与软件工程. 2017(05)
[4]海上大气湍流中光束漂移模型分析[J]. 王红星,吴晓军,宋博. 中国激光. 2016(02)
[5]艾里涡旋光束在大气湍流中的漂移特性研究[J]. 程振,楚兴春,赵尚弘,邓博于,张曦文. 中国激光. 2015(12)
[6]实验模拟环形艾里光束在大气扰动中的光束漂移[J]. 王晓章,唐峰,原勐捷,李睿,段德军,张辉,陈瑞宁. 中国激光. 2015(08)
[7]部分相干光在大气湍流中水平传输路径上的展宽与漂移[J]. 柯熙政,韩美苗,王明军. 光学学报. 2014(11)
[8]湍流大气中斜程传输部分相干光的光束扩展[J]. 张晓欣,但有全,张彬. 光学学报. 2012(12)
[9]大气湍流中激光波束斜程传输的展宽、漂移特性[J]. 韦宏艳,吴振森. 电波科学学报. 2008(04)
[10]大气湍流对斜程传输准单色高斯-谢尔光束时间相干性的影响[J]. 王华,王向朝,曾爱军,杨坤. 光学学报. 2007(09)
硕士论文
[1]部分相干光束通过非Kolmogorov大气湍流光束质量的研究[D]. 王伟伟.太原科技大学 2015
[2]部分相干平顶光束在湍流大气中的传输特性[D]. 程发龙.苏州大学 2012
[3]部分相干光在湍流大气中传输的偏振度变化研究[D]. 张方成.西安理工大学 2008
本文编号：3333425
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高斯光束[78]
0R z z （2.11）可知，高斯光束的远场发散角包含了在传输距离 z 处的几何张角与衍射发散两部分献。（2.10）式表示高斯光束在自由空间中传输时的远场发散角。部分相干反常空心高斯光束在初始平面上的电场分布为[13]: 2 2 2 222 2 2 20 0 0 02 2, ,0 exp ,x y x yx y x yE x y H （2.12）其中 0x和 0y分别为象散高斯光束在 x′和 y′ 方向上的束腰半径。H2(·) 是二阶mite 多项式。一般情况下， 0x≠ 0y，公式（2.12）表示反常椭圆空心光束；当 0x= 0表示反常圆空心光束。本文主要讨论部分相干反常椭圆空心高斯光束在湍流大气中输特性。根据 Hermite 多项式的展开式： 22H x 2 4 x,（2.13）(2.12)还可以表示为象散高斯模式和象散环状模式的叠加，其表达式如下： 2 2 2 22 2 2 20 0 0 08 8, ,0 2 exp ,x y x yx y x yE x y （2.14）(a) (b)
1 21 1 2 2 1 2, , , , , ,W W I I r r r r r r 0≤|μ(r1,r2, τ)|≤1。色场，V r , V r exp i t 对应的交叉谱密度函数为 1 2 1 2 1 2 W , V , V , V V r r r r r r 谱密度函数 W(r1,r2)与互强度 J(r1,r2)在描述光场空间相干性时是等在空间—频率域和空间—时间域中描述的光场的相干性物理量，其当准单色场近似成立时，才使用互强度，但对交叉谱密度函数没有扩展惠更斯-菲涅尔原理和维格纳分布函数s-Fresnel 原理是标量衍射理论的基本原理[78]。表述为：波前上每一源，从这些点发出次波来，而空间中某一点的光波场就是这些次波果。但是对于大量光衍射现象的处理，需要比较精确的数学表述，即 衍射积分方程。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光技术在金属材料加工工艺中的应用[J]. 顾银娥. 信息记录材料. 2018(02)
[2]高斯阵列光束自耦合特性的实验研究[J]. 柯熙政,张雅. 红外与激光工程. 2017(08)
[3]激光的应用与发展[J]. 傅哲泓. 电子技术与软件工程. 2017(05)
[4]海上大气湍流中光束漂移模型分析[J]. 王红星,吴晓军,宋博. 中国激光. 2016(02)
[5]艾里涡旋光束在大气湍流中的漂移特性研究[J]. 程振,楚兴春,赵尚弘,邓博于,张曦文. 中国激光. 2015(12)
[6]实验模拟环形艾里光束在大气扰动中的光束漂移[J]. 王晓章,唐峰,原勐捷,李睿,段德军,张辉,陈瑞宁. 中国激光. 2015(08)
[7]部分相干光在大气湍流中水平传输路径上的展宽与漂移[J]. 柯熙政,韩美苗,王明军. 光学学报. 2014(11)
[8]湍流大气中斜程传输部分相干光的光束扩展[J]. 张晓欣,但有全,张彬. 光学学报. 2012(12)
[9]大气湍流中激光波束斜程传输的展宽、漂移特性[J]. 韦宏艳,吴振森. 电波科学学报. 2008(04)
[10]大气湍流对斜程传输准单色高斯-谢尔光束时间相干性的影响[J]. 王华,王向朝,曾爱军,杨坤. 光学学报. 2007(09)
硕士论文
[1]部分相干光束通过非Kolmogorov大气湍流光束质量的研究[D]. 王伟伟.太原科技大学 2015
[2]部分相干平顶光束在湍流大气中的传输特性[D]. 程发龙.苏州大学 2012
[3]部分相干光在湍流大气中传输的偏振度变化研究[D]. 张方成.西安理工大学 2008
本文编号：3333425
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