部分相干光束通过非Kolmogorov大气湍流光束质量的研究

发布时间：2017-12-10 17:17

  本文关键词：部分相干光束通过非Kolmogorov大气湍流光束质量的研究

  更多相关文章： 大气光学 非Kolmogorov大气湍流 厄米高斯光束 高斯谢尔模型涡旋光束 光束传输因子 K参数

【摘要】：激光通过大气湍流的光束质量在激光通信、激光雷达、深空探测等方面的广泛应用,引起学者们的长期关注和研究。该研究工作可为空间光通信在实践中的应用提供实验基础和理论模型。本文主要研究了激光束通过非柯尔莫哥洛夫(Kolmogorov)大气湍流传输时的光束质量,主要研究内容如下:1.基于非Kolmogorov功率谱模型,利用广义惠更斯-菲涅耳原理和维格纳分布(WDF)的二阶矩定义,推导出部分相干厄米高斯(H-G)光束在非Kolmogorov大气湍流中光束传输因子的解析表达式,并用以研究了非Kolmogorov湍流参数和光束参数对部分相干H-G光束2M因子的影响。研究结果表明,部分相干H-G光束在非Kolmogorov大气湍流中传输时,传输距离z越小、湍流外尺度L0越小、湍流内尺度l0越大、广义结构常量2~nC越小、空间相关长度0?越小、光束阶数m和n越大,光束传输受非Kolmogorov大气湍流影响越小,光束质量越好。另外,在广义指数参量α取3.11时,光束质量最差。2.推导出一阶(拓扑荷数m=?1)高斯谢尔模型涡旋光束和非涡旋光束在非Kolmogorov大气湍流中的K参数和斯特列尔比的解析表达式。根据K参数的表达式可得出,湍流外尺度和广义结构常量越大,湍流内尺度越小,高斯谢尔模型涡旋光束的波形越尖锐,其中受广义结构常量的影响最明显。另外,涡旋光束的K参数随传输距离的增大而增大,而非涡旋光束的K参数始终保持不变,光束波形不受湍流影响。根据斯特列尔比的表达式可得出,湍流外尺度和广义结构常量越小,湍流内尺度越大,斯特列尔比就越大,光束质量就越好。另外,非涡旋光束比涡旋光束更容易受湍流影响。3.推导出高阶高斯谢尔模型涡旋光束在非Kolmogorov大气湍流中的传输因子和角扩展的解析表达式。根据高斯谢尔模型涡旋光束的传输因子的表达式得出,湍流外尺度和广义结构常量越小,拓扑荷数和湍流内尺度越大,光束传输受非Kolmogorov大气湍流影响越小,光束质量越好;当广义指数参量取3.11时,光束质量最差。根据高斯谢尔模型涡旋光束的角扩展表达式得出,湍流外尺度和广义结构常量越小,拓扑荷数和湍流内尺度越大,角扩展就越小,光束传输受非Kolmogorov大气湍流影响越小,光束质量越好。
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O357.5

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本文编号：1275281