大气气溶胶对激光的衰减特性研究
发布时间：2023-02-17 10:36
随着新型激光光源和激光接收技术的不断发展,激光在工农业生产,环境检测,航天事业及国防建设等领域得到了越来越广泛的应用。如将激光作为信息载体应用于激光通信、目标跟踪定位、目标测距、目标识别、激光制导等领域,或将激光作为能量的载体制造激光武器等。但不论何种功能应用,都必须依赖一定波长、一定功率的激光辐射在激光发射系统和接收系统之间的大气环境传输,激光在大气中传输时,必然会受到各种大气气象现象的影响。本论文选题为大气气溶胶对激光的衰减特性研究,讨论了激光在大气传输中的若干问题。基于理论方法重点开展了入射激光波束与典型大气气溶胶粒子、任意形状的气溶胶粒子及凝聚型粒子的相互作用研究,分析了各类气溶胶粒子在平面波及高斯波入射条件下的吸收、散射及衰减效应;将气溶胶衰减特性的研究应用于不同环境模式的激光传输衰减并给出了传输衰减特性在实验室粒子浓度测量中的应用;最后讨论了湍流大气对光传播的影响及一种光强闪烁抑制方式。主要开展了以下几个方面的研究:1、研究了典型成分及典型形状大气气溶胶的激光衰减特性。以广义洛伦兹米理论为基础,利用矢量波函数展开得到入射波束的电磁场分量,得到对应于粒子形状的波束因子的直接求...
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 大气气溶胶对激光衰减的研究进展
1.2.1 规则形状气溶胶光学特性的研究概况
1.2.2 复杂形状气溶胶光学特性研究概况
1.2.3 其它激光传输影响因素的研究进展
1.3 论文的主要内容及框架
1.4 论文的特色及创新
第二章 大气的基本物理特性
2.1 引言
2.2 大气的组成和分层
2.2.1 大气结构
2.2.2 大气的成分及分布
2.3 大气的光学特性分析
2.3.1 大气分子的吸收和散射
2.3.2 大气气溶胶的散射特性
2.3.3 大气湍流的光学效应
2.4 小结
第三章 大气典型气溶胶粒子衰减特性研究
3.1 引言
3.2 电磁场波动方程
3.3 球形气溶胶粒子衰减特性
3.3.1 场的球矢量波函数展开
3.3.2 气溶胶粒子消光特性描述
3.4 非球形气溶胶粒子衰减特性
3.4.1 圆柱形气溶胶粒子光散射
3.4.2 椭球形气溶胶粒子光散射
3.5 典型气溶胶粒子衰减结果及分析
3.5.1 云粒子的衰减特性
3.5.2 沙尘气溶胶的衰减特性
3.5.3 水溶性气溶胶的衰减特性
3.5.4 海洋性气溶胶的衰减特性
3.5.5 煤烟粒子的衰减特性
3.6 小结
第四章 复杂形状气溶胶的光学特性研究
4.1 引言
4.2 激光与气溶胶粒子相互作用的场分布
4.2.1 气溶胶粒子场分布模型
4.2.2 场分布的数值计算求解
4.3 气溶胶光学特性的数值计算结果及分析
4.3.1 点接触双球型气溶胶粒子计算结果及验证
4.3.2 复杂形状气溶胶粒子算例
4.3.3 凝聚型气溶胶算例
4.4 小结
第五章 气溶胶群的光学特性分析及实验应用
5.1 引言
5.2 气溶胶群对激光传输的能量衰减
5.2.1 辐射传输方程
5.2.2 气溶胶在光传播中的单次散射近似
5.2.3 典型大气气溶胶环境衰减特性计算
5.3 气溶胶光学特性在粒子浓度测定实验中的应用
5.3.1 基于辐射传输理论的实验原理
5.3.2 煤烟浓度测量实验搭建
5.3.3 实验结果及分析
5.3.4 PM2.5 浓度测量探索
5.4 小结
第六章 湍流大气中激光传输问题分析
6.1 引言
6.2 湍流大气的激光传输特性
6.2.1 湍流场的抛物型方程
6.2.2 光束扩展和光束漂移效应
6.2.3 光强闪烁效应
6.3 基于湍流光强闪烁的抑制技术初探
6.3.1 Gamma-Gamma信道衰落模型
6.3.2 接收系统光强闪烁抑制技术的选择
6.3.3 分集接收系统性能分析
6.4 小结
第七章 结论和展望
7.1 研究结论
7.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3744525
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 大气气溶胶对激光衰减的研究进展
1.2.1 规则形状气溶胶光学特性的研究概况
1.2.2 复杂形状气溶胶光学特性研究概况
1.2.3 其它激光传输影响因素的研究进展
1.3 论文的主要内容及框架
1.4 论文的特色及创新
第二章 大气的基本物理特性
2.1 引言
2.2 大气的组成和分层
2.2.1 大气结构
2.2.2 大气的成分及分布
2.3 大气的光学特性分析
2.3.1 大气分子的吸收和散射
2.3.2 大气气溶胶的散射特性
2.3.3 大气湍流的光学效应
2.4 小结
第三章 大气典型气溶胶粒子衰减特性研究
3.1 引言
3.2 电磁场波动方程
3.3 球形气溶胶粒子衰减特性
3.3.1 场的球矢量波函数展开
3.3.2 气溶胶粒子消光特性描述
3.4 非球形气溶胶粒子衰减特性
3.4.1 圆柱形气溶胶粒子光散射
3.4.2 椭球形气溶胶粒子光散射
3.5 典型气溶胶粒子衰减结果及分析
3.5.1 云粒子的衰减特性
3.5.2 沙尘气溶胶的衰减特性
3.5.3 水溶性气溶胶的衰减特性
3.5.4 海洋性气溶胶的衰减特性
3.5.5 煤烟粒子的衰减特性
3.6 小结
第四章 复杂形状气溶胶的光学特性研究
4.1 引言
4.2 激光与气溶胶粒子相互作用的场分布
4.2.1 气溶胶粒子场分布模型
4.2.2 场分布的数值计算求解
4.3 气溶胶光学特性的数值计算结果及分析
4.3.1 点接触双球型气溶胶粒子计算结果及验证
4.3.2 复杂形状气溶胶粒子算例
4.3.3 凝聚型气溶胶算例
4.4 小结
第五章 气溶胶群的光学特性分析及实验应用
5.1 引言
5.2 气溶胶群对激光传输的能量衰减
5.2.1 辐射传输方程
5.2.2 气溶胶在光传播中的单次散射近似
5.2.3 典型大气气溶胶环境衰减特性计算
5.3 气溶胶光学特性在粒子浓度测定实验中的应用
5.3.1 基于辐射传输理论的实验原理
5.3.2 煤烟浓度测量实验搭建
5.3.3 实验结果及分析
5.3.4 PM2.5 浓度测量探索
5.4 小结
第六章 湍流大气中激光传输问题分析
6.1 引言
6.2 湍流大气的激光传输特性
6.2.1 湍流场的抛物型方程
6.2.2 光束扩展和光束漂移效应
6.2.3 光强闪烁效应
6.3 基于湍流光强闪烁的抑制技术初探
6.3.1 Gamma-Gamma信道衰落模型
6.3.2 接收系统光强闪烁抑制技术的选择
6.3.3 分集接收系统性能分析
6.4 小结
第七章 结论和展望
7.1 研究结论
7.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3744525
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