大气湍流中的激光传输数值模拟及其影响分析
随着激光和红外技术的不断发展,激光的近地工程应用越来越广泛,但这些应用都无疑要受到大气湍流的影响,大气湍流造成的光强起伏、光束漂移、光束扩展、到达角起伏等效应严重的制约激光在近地大气中的应用。现有的成熟理论只适用于分析弱湍流情况下的各种影响,为了研究激光的近地应用必须分析中等强度乃至强湍流中的光传输问题,并提出研究对策。本论文正是基于这种思想作了如下研究:<br>  1.介绍了大气湍流的形成和其对光传输作用的基本机理,分析了大气湍流造成的光强起伏、光束漂移、光束扩展、到达角起伏等效应理论解析值的计算方法,其中关于光强起伏...
随着激光和红外技术的不断发展,激光的近地工程应用越来越广泛,但这些应用都无疑要受到大气湍流的影响,大气湍流造成的光强起伏、光束漂移、光束扩展、到达角起伏等效应严重的制约激光在近地大气中的应用。现有的成熟理论只适用于分析弱湍流情况下的各种影响,为了研究激光的近地应用必须分析中等强度乃至强湍流中的光传输问题,并提出研究对策。本论文正是基于这种思想作了如下研究:
  1.介绍了大气湍流的形成和其对光传输作用的基本机理,分析了大气湍流造成的光强起伏、光束漂移、光束扩展、到达角起伏等效应理论解析值的计算方法,其中关于光强起伏方面的计算方法已经可以适用到从弱湍流到中等湍流甚至强湍流范围,对激光在大气中的应用提供了一定的指导作用。
  2.在Matlab软件环境下,利用相位屏理论数值模拟激光在大气湍流中的传播,得到高斯光束经过大气湍流之后的光场分布情况。利用相位屏的方法来数值模拟光束在大气湍流中的传输,是近几年来对湍流研究的一个热点,特别是对强湍流的研究更显有效。论文所采用的“FFT谱反演法”来数值模拟大气湍流造成的附加相位畸变,方法简单、计算速度快。由于激光近地应用中采用的光束绝大部分都是基模高斯光束,所以本文主要是对基模高斯光束在大气湍流中的传输过程进行模拟,这也使我们的数值模拟过程更接近事实,同时得到的各种统计结果也更加有实用的参考价值。对模拟结果的大量分析可以看出,模拟结果与实验观察到的现象及其统计结果有很好地吻合。同时为了检验模拟结果,我们还对激光大气湍流传输进行了实验研究。
  3.结合实际应用的要求,提出了利用多光束传输克服大气湍流效应的方法,并分析了这种方法的作用原理和效果。多光束传输是近年来激光近地应用中一个热门的方法,其设计简单,实用效果很好,特别是在克服大气湍流造成的光强起伏和光束漂移方面效果明显。本文经过理论分析和数值模拟,为利用多光束传输来减少大气湍流造成的光强起伏和光束漂移提供了理论根据,对于采用该方法来克服大气湍流效应的实际应用有一定的参考价值。
展开
作者: 徐光勇
学科专业: 光学
授予学位: 硕士
学位授予单位: 电子科技大学
导师姓名: 吴健
学位年度: 2008
语 种: chi
分类号: P425.21 P407.5
在线出版日期: 2013年6月27日