部分相干光在湍流大氣中傳輸?shù)钠穸茸兓芯?pdf

1、隨著激光技術的發(fā)展,激光在大氣中的應用正受到世界各國的廣泛重視,如激光雷達、大氣激光通信、激光能量傳輸和激光測距等。當激光在大氣中長距離傳播時,由于大氣的影響,相干度、亮度會下降,光束會發(fā)散、抖動,許多物理性質(zhì)會改變,激光的優(yōu)點被大大地消蝕。大氣湍流引起的折射率隨機起伏將導致光場的隨機變化,會嚴重限制各種激光系統(tǒng)的使用性能,決定著激光系統(tǒng)的技術可行性。近年來,人們對部分相干光在自由空間和湍流介質(zhì)中的傳輸進行了廣泛深入的研究,取得了許多成

2、就。其中,光的偏振特性是非常引人注目的研究課題,研究光束在湍流介質(zhì)中傳輸時整個空間光束偏振度的變化是非常重要的,它對自由空間中的光通信以及高功率激光光束在大氣中的傳輸?shù)染哂兄匾膶嶋H應用意義。 論文介紹了偏振度的基本概念和大氣湍流的理論基礎知識,以高斯謝爾模型光束為例,根據(jù)惠更斯-菲涅耳原理,推導了光在大氣湍流中傳輸時偏振度的表達式,以及在不同大氣湍流模型下偏振度的遠場近似公式。通過理論分析發(fā)現(xiàn),在自由空間中遠場的偏振度和源平面

3、內(nèi)的光源參數(shù)和湍流參數(shù)有關,而在湍流介質(zhì)中,當光束經(jīng)過一定距離的傳輸后,光束的偏振度只與光束在源平面的偏振度有關,并且等于在源平面的偏振度,而與光束的譜相干度和大氣湍流都是無關的。 論文還計算分析了遠場偏振特性和近場偏振特性,分析了波長、折射率結構常數(shù)以及光斑尺寸等參數(shù)在近場處對光束偏振度變化的影響。結果表明,光束在傳輸過程中,當初始偏振度比較小時,偏振度有兩次趨于0點的過程,隨著初始偏振度不斷增大,偏振度的兩個零點不斷靠近,并

4、最終重合,初始偏振度再增大,偏振度不再有零點,遠場的偏振度趨于初始偏振度；波長對偏振度的變化范圍沒有影響,當波長越長時,偏振度在近場變化的越快,但是它趨于初始偏振度的過程卻越慢；大氣折射率結構常數(shù)越大,偏振度變化越慢,隨著大氣折射率結構常數(shù)不斷增大,偏振度的兩個0點間的距離逐漸減??；對于不同的光斑大小,偏振度的變化隨著光斑的增大趨于緩慢,光斑越小,偏振度在短距離內(nèi)的變化越明顯。 偏振度的遠場近似與數(shù)值計算結果相符。所有的結論對激