部分相干光通過湍流大氣傳輸?shù)目臻g相干性及方向性研究.pdf

1、激光束在湍流大氣中傳輸?shù)睦碚撗芯繉?duì)于激光通訊、激光測(cè)距、航空測(cè)繪、衛(wèi)星遙感以及激光武器等領(lǐng)域有著十分重要的意義。實(shí)際激光束存在部分相干情況，并且部分相干光通過湍流大氣傳輸時(shí)比完全相干光受湍流的影響更小。本文以部分相干厄米—高斯光束和部分相干環(huán)狀光束為例，研究了部分相干光通過湍流大氣傳輸?shù)目臻g相干性及方向性。具體工作包括： 1．基于廣義惠更斯—菲涅爾原理，并采用Rytov相位結(jié)構(gòu)函數(shù)二次近似，推導(dǎo)出部分相干厄米—高斯(H—G)光束

2、和部分相干環(huán)狀光束傳輸于湍流大氣的光譜相干度解析表達(dá)式，研究了湍流對(duì)光束的空間相干特性的影響。研究表明，部分相干H—G光束和部分相干環(huán)狀光束通過湍流大氣傳輸其光譜相干度會(huì)出現(xiàn)振蕩和相位奇異現(xiàn)象，但隨著湍流的增強(qiáng)，振蕩減弱，直至振蕩和相位奇異現(xiàn)象消失，這一特性與高斯—謝爾模型(GSM)光束的差異很大。相干參數(shù)越小，部分相干H—G光束空間相干性受湍流的影響越?。还馐跀r比越大，部分相干環(huán)狀光束空間相干性受湍流影響越小。此外，本文還研究了光譜

3、相干度二階矩寬度與光譜強(qiáng)度二階矩寬度間的關(guān)系，得到一些有意義的結(jié)果，并給予了合理的物理解釋。 2．基于廣義惠更斯—菲涅爾原理，并利用積分變換法，推導(dǎo)出部分相干環(huán)狀光束在湍流中的擴(kuò)展角解析表達(dá)式。研究表明，除等價(jià)高斯一謝爾模型(GSM)光束外，還有等價(jià)部分相干環(huán)狀光束、等價(jià)環(huán)狀GSM光束、等價(jià)完全相干環(huán)狀光束、等價(jià)完全相干環(huán)狀高斯光束及等價(jià)部分相干平頂光束都能與相應(yīng)的完全相干高斯光束在自由空間及湍流中產(chǎn)生相同的方向性。 3

4、．基于廣義惠更斯-菲涅爾原理，并采用積分變換法，推導(dǎo)出了環(huán)狀光束通過湍流大氣傳輸二階矩寬度的解析表達(dá)式，研究了湍流對(duì)環(huán)狀光束擴(kuò)展的影響。另一方面，通過分析二階矩寬度給出了環(huán)狀光束不受湍流影響的傳輸范圍，它指出了環(huán)狀光束不受到湍流大氣影響的條件。研究表明，光束遮攔比ε、階數(shù)M(N)、波長(zhǎng)λ越大，束寬w0越小，則環(huán)狀光束受湍流大氣的影響越小。 4．基于廣義惠更斯一菲涅爾原理，并采用Rytov相位結(jié)構(gòu)函數(shù)二次近似，推導(dǎo)出一般部分相干光