近紅外激光傳輸特性研究.pdf

1、近紅外波段激光在大氣湍流中的傳輸理論在激光通信、衛(wèi)星遙感、激光測(cè)距、測(cè)繪、激光照明等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。研究近紅外激光在湍流大氣中的傳輸問(wèn)題具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。Kolmogorov湍流模型在研究激光在大氣中的傳輸問(wèn)題中有著廣泛的應(yīng)用，但是研究證明在某些大氣湍流條件下，實(shí)驗(yàn)測(cè)量的數(shù)值同理論值有比較大的誤差。Toselli等提出了non-Kolmogorov模型，該模型具有更加廣泛得適用性。國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)激光在大氣中的傳輸進(jìn)

2、行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究。本文以復(fù)宗量厄米雙曲余弦高斯光束為例，研究近紅外激光通過(guò)non-Kolmogorov湍流后的傳輸特性，并研究了近紅外激光照明均勻性的評(píng)價(jià)方法。主要內(nèi)容:
　　 1.根據(jù)廣義惠更斯-菲涅爾原理和Wigner分布函數(shù)的二階矩理論研究了復(fù)宗量厄米雙曲余弦高斯光束在non-Kolmogorov湍流中的傳輸特性。推導(dǎo)出了復(fù)宗量厄米雙曲余弦高斯光束在non-Kolmogorov湍流中的傳輸因子。采用傳輸因子作為衡量

3、光束質(zhì)量的評(píng)價(jià)參數(shù)，研究了光束結(jié)構(gòu)參數(shù)和大氣湍流參數(shù)對(duì)光束質(zhì)量的影響。研究結(jié)果表明:在大氣湍流中傳輸因子不再是傳輸不變量。大氣湍流會(huì)使傳輸因子變大，光束質(zhì)量變差。廣義的大氣湍流折射率起伏結(jié)構(gòu)常數(shù)(C)n2越大、湍流內(nèi)尺度l0越小和外尺度L0越大，復(fù)宗量厄米雙曲余弦高斯光束的相對(duì)M2因子越小。光束的相對(duì)M2因子隨廣義指數(shù)參數(shù)α的增大先增大后減小。在傳輸距離z足夠長(zhǎng)之后，雙曲余弦系數(shù)Ω越大，相對(duì)M2因子越小。也就表明復(fù)宗量厄米雙曲余弦高斯光

4、束比復(fù)宗量厄米高斯光束受大氣湍流的影響小。光束階數(shù)m越大、束腰寬度ω0越大、相干長(zhǎng)度越短σ0、波長(zhǎng)越長(zhǎng)時(shí)，光束相對(duì)M2因子越小。
　　 2.根據(jù)Wigner分布函數(shù)，推導(dǎo)出了復(fù)宗量厄米雙曲余弦高斯光束在湍流大氣中二階矩束寬和遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角的表達(dá)式。以二階矩束寬和遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角作為評(píng)價(jià)參數(shù)研究了non-Kolmogorov湍流對(duì)光束展寬的影響。研究結(jié)果表明:二階矩束寬跟大氣湍流和光束結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。大氣湍流強(qiáng)度越強(qiáng)，二階矩束寬越大，光束發(fā)散

5、的越厲害。復(fù)宗量厄米雙曲余弦高斯光束的束腰寬度越大、相干性越差、雙曲余弦系數(shù)Ω越大、光束階數(shù)m越大，通過(guò)non-Kolmogorov湍流后二階矩束寬越大。
　　 3.根據(jù)H.Weber等提出的光波等相面有效曲率半徑的概念，推導(dǎo)出了復(fù)宗量厄米雙曲余弦高斯光束通過(guò)non-Kolmogorov湍流后的等效曲率半徑的解析表達(dá)式。通過(guò)數(shù)值計(jì)算研究了大氣湍流參數(shù)和光束結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)復(fù)宗量厄米雙曲余弦高斯光束等效曲率半徑的影響。研究結(jié)果表明:光束