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《南京理工大学》 2010年
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基于张量方法研究部分相干光和部分偏振光在大气湍流中的传输特性

王海燕  
【摘要】: 光场的相干、偏振和光谱特性是现代光学的重要研究内容,对现代光学理论和激光技术的发展具有重要意义。本论文采用简便有效的张量方法避免了大量耗时的积分运算,从部分相干光在大气湍流中的传输理论出发,深入研究了部分相干光和部分偏振的电磁光束在大气湍流中的传输特性和光谱变化。具体研究内容与成果归纳如下: (1)基于空间-频率域中的交叉谱密度函数传输理论,研究了扭曲的各向异性的高斯-谢尔模型(TAGSM)光束和椭圆高斯光束(EGB)在大气湍流中传输时的频谱移动特性。通过数值计算和理论分析表明:不满足“定标律”的光束在大气湍流中传输时的频谱移动是由于光束的相干诱导和大气湍流共同作用引起的;通过调控光源的扭曲参数、相干特性以及光斑大小,可以调制光束在大气湍流种传输时的频谱移动大小以及光谱跃迁位置。所得结论对光谱实验和高精度光谱测量具有理论参考价值。部分相干光通过大气湍流中的光谱变化可望在光互连、光通信等方面获得应用。 从工程应用角度考虑,研究了TAGSM光束的光束参数、离轴TAGSM光束的离轴参数在大气湍流中传输时的变换规律以及具有各种对称形状的部分相干的空心光束(DHB)在大气湍流中的传输变换特性。 (2)推导了相干合成和非相干合成的径向分布的部分相干平顶光束(FTB)阵列在大气湍流中的传输时的张量形式的解析表达式,并研究了阵列光束的光强和复相干度模的分布。研究表明:大气湍流和光束阵列的单元光束之间的相关性是影响光束阵列传输特性的两大因素;由于大气湍流的影响,阵列光束远距离传输后退化为高斯光束,复相干度模的分布起始于高斯分布,终止于高斯分布,空间相干性会随着传输距离的增大变差。所得结论对部分空间相干光阵列的大气传输相关工作有实际应用意义。 (3)基于各向异性的随机电磁高斯-谢尔模型(EGSM)光束,提出了具有扭曲特性的各向异性的随机电磁高斯-谢尔模型(ETAGSM)光束的数学-物理模型,基于部分相干偏振统一理论研究了有无光阑限制的随机电磁光束在大气湍流中传输的光谱特性。研究发现:近距离传输时,主要受到光阑衍射的作用,远距离处主要受大气湍流的作用;通过调制光阑孔径参数、光源扭曲参数以及光源相干性参数等可以调制ETAGSM光束在大气湍流中传输时的光谱特性的分布情况。 本文通过理论分析所得的研究成果对探索和研究部分相干光和部分偏振光在激光空间技术中的应用具有重要的理论及应用价值。研究激光在大气湍流中传输特性,在激光雷达、激光制导、激光通讯等应用领域具有重要意义。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O357.5

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 王菲;偏振激光在大气传输中的漂移及扩展特性研究[D];西安工业大学;2012年
2 刘飞;湍流对部分相干双曲余弦高斯列阵光束扩展和光束传输因子的影响[D];四川师范大学;2011年
3 赵怡春;激光大气信道传输偏振参数变化特性研究[D];长春理工大学;2012年
4 罗成虎;大气湍流激光传输特性及对SAL影响研究[D];西安电子科技大学;2012年
5 王帅;受限高斯光束大气传输特性分析与数值模拟研究[D];南京理工大学;2013年
6 李升印;分数傅里叶变换对部分相干光偏振态的影响[D];山西师范大学;2014年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴振森,骆志敏,郭立新,赵振维;湍流大气中光波闪烁的斜程问题研究[J];电波科学学报;2002年03期
2 杨瑞科,吴振森,赵振维;湍流大气中高斯波束地-空传播闪烁研究[J];电波科学学报;2005年03期
3 袁仁民,姚克亚,孙鉴泞,蒋维楣,曾宗泳;大气边界层的室内模拟研究——夹卷层温度场结构分析[J];大气科学;2002年06期
4 杨华勇,吕海宝,胡永明,孟洲;入射光的偏振和强度对分光镜透/反比的影响[J];光电子·激光;2003年04期
5 曾宗泳,张骏,翁宁泉;对流湍流池光学湍流的空间和时间结构分析[J];光学学报;1999年12期
6 袁仁民,曾宗泳,肖黎明,马成胜,翁宁泉,吴晓庆;不同方法测量折射率结构常数的比较[J];光学学报;2000年06期
7 罗时荣,吕百达,张彬;平顶高斯光束的传输特性[J];光学学报;2000年09期
8 袁仁民,曾宗泳,马成胜,肖黎明;大气对流边界层光传输的实验室模似[J];光学学报;2001年05期
9 蔡阳健,林强;部分相干光的张量ABCD定律[J];光学学报;2002年05期
10 黄印博,王英俭,饶瑞中,龚知本;热晕效应相位补偿定标参量的数值分析[J];光学学报;2002年12期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 于坤;郭笑天;;光强闪烁对大气激光通信系统误码率的影响[J];安顺学院学报;2010年05期
2 陈纯毅;杨华民;姜会林;冯欣;王辉;;大气光通信中大气湍流影响抑制技术研究进展[J];兵工学报;2009年06期
3 涂海华,陶向阳;硬边光阑的复高斯函数展开及在高斯光束中的应用[J];江西师范大学学报(自然科学版);2004年01期
4 涂海华;李忠秀;戴勇行;;厄米-高斯光束通过硬边光阑光学系统变换的近解析传输公式[J];江西师范大学学报(自然科学版);2006年05期
5 张长水;杨小琦;徐海斌;陶向阳;;湍流对远场光束质量的影响[J];江西师范大学学报(自然科学版);2009年05期
6 杨迪;佟首峰;赵馨;;大气湍流闪烁方差与接收口径的关系测量实验与分析[J];长春理工大学学报(自然科学版);2009年02期
7 ;Non-Gaussian Phase Screen Based on log-Poisson Distribution and Effect on Imaging[J];Communications in Theoretical Physics;2009年12期
8 吴振森,骆志敏,郭立新,赵振维;湍流大气中光波闪烁的斜程问题研究[J];电波科学学报;2002年03期
9 郭立新,骆志敏,吴振森;湍流大气中光波闪烁的计算及实验测量比较[J];电波科学学报;2002年03期
10 杨瑞科;刘科祥;吴振森;郭立新;;湍流大气外尺度对波束地-空传播闪烁影响研究[J];电波科学学报;2006年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 屈军;钟燕丽;石建平;崔执凤;;部分相干电磁拉盖尔-高斯光束在湍流中传输时偏振度和光谱相干度的变化[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
2 申永;刘建国;曾宗泳;徐亮;方武;;用于光传输实验的大气湍流模拟装置[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
3 储修祥;;激光通过中继镜传输与直接聚焦传输的作用范围比较[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
4 张国文;蒲继雄;;部分相干电磁光束在湍流大气中传输的交叉偏振度[A];第十七届十三省(市)光学学术年会暨“五省一市光学联合年会”论文集[C];2008年
5 李大社;管绍鹏;孙文燕;;舰船无线激光通信样机的设计[A];2007通信理论与技术新发展——第十二届全国青年通信学术会议论文集(下册)[C];2007年
6 朱颀人;杨玉军;周忠源;;强场方程的二阶对称分拆算符解法[A];Strong Field Laser Physics--Proceedings of CCAST (World Laboratory) Workshop[C];2000年
7 卢超;罗涛;吴徐平;孙鉴泞;袁仁民;;对流边界层大气闪烁频谱特性的室内模拟研究[A];中国气象学会2008年年会第二届研究生年会分会场论文集[C];2008年
8 卢超;袁仁民;罗涛;吴徐平;孙鉴泞;;模拟的对流边界层大气光学湍流的尺度分析[A];第28届中国气象学会年会——S9大气物理学与大气环境[C];2011年
9 陈纯毅;杨华民;佟首峰;刘云清;韩成;刘鹏;;激光大气折射率结构常数测量实验与分析[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(A 光电系统总体技术专题)[C];2006年
10 江飞;钟晓春;荣健;;大气湍流尺度和强度对到达角起伏的影响[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(A 光电系统总体技术专题)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 毛海丹;宽带激光束在复杂光学系统中的传输[D];浙江大学;2011年
2 陈国梁;新型被动锁模光纤激光器研究[D];中国科学技术大学;2011年
3 李永亮;星地激光通信中光束传输仿真和链路特性关键技术研究[D];中国科学技术大学;2011年
4 徐惠真;新型光子晶体光纤结构设计及应用研究[D];北京邮电大学;2011年
5 华志励;大气湍流背景下合成孔径激光雷达成像算法研究[D];中国海洋大学;2010年
6 孙运强;激光内通道传输的气体热效应研究[D];国防科学技术大学;2011年
7 王彦斌;长脉冲和连续光泵浦光子晶体光纤产生超连续谱的相关研究[D];国防科学技术大学;2011年
8 周木春;空间偏振编码激光驾束制导关键技术研究[D];南京理工大学;2011年
9 潘留占;部分相干光及其光谱变化的研究[D];四川大学;2003年
10 罗时荣;平顶分布光束的描述、计算模拟和基于强度矩方法的激光光束质量研究[D];四川大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 袁扬胜;激光束在湍流大气和傍轴光学系统传输性质研究[D];安徽师范大学;2010年
2 张辉;强激光大气斜程传输热晕数值模拟[D];西安电子科技大学;2011年
3 沈洁琦;多光束偏振列阵型合成激光束的传输性质研究[D];浙江大学;2011年
4 郑巍巍;径向列阵光束传输特性的研究[D];浙江大学;2009年
5 姜忱;空间光通信信道仿真研究[D];吉林大学;2011年
6 陈静轩;全光模数转换量化方案的研究[D];北京邮电大学;2011年
7 金沧;光纤中参量放大的研究[D];北京邮电大学;2011年
8 李莎;使用差分相位编码抑制大气光信道扰动研究[D];海南大学;2011年
9 王元光;斜程湍流大气信道中的光束偏振起伏[D];江南大学;2011年
10 徐向博;大气湍流对激光传输的影响研究[D];长春理工大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈纯毅;杨华民;姜会林;冯欣;王辉;;大气光通信中大气湍流影响抑制技术研究进展[J];兵工学报;2009年06期
2 谢晓芬 ,宋晓羽;激光发展概况[J];长春师范学院学报;1994年05期
3 吴振森;;随机介质中波传播饱和状态的强度相关和闪烁[J];电波科学学报;1986年01期
4 吴振森,骆志敏,郭立新,赵振维;湍流大气中光波闪烁的斜程问题研究[J];电波科学学报;2002年03期
5 韦宏艳;吴振森;;大气湍流中激光波束斜程传输的展宽、漂移特性[J];电波科学学报;2008年04期
6 张文涛;朱保华;;大气湍流对激光信号传输影响的研究[J];电子科技大学学报;2007年04期
7 吴健;光学教学中的偏振度定义[J];大学物理;2005年10期
8 黄永平;赵光普;;激光通信在大气湍流中的传输[J];大众科技;2009年07期
9 赵小燕;杨阳;;合成孔径激光雷达外差探测的影响研究[J];电子科技;2010年08期
10 许楠;刘立人;鲁伟;;合成孔径激光成像雷达距离向等延时的信号处理结构和算法[J];电子学报;2010年06期
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 潘留占;部分相干光及其光谱变化的研究[D];四川大学;2003年
2 杨瑞科;对流层地—空路径电磁(光)波传播的若干问题研究[D];西安电子科技大学;2003年
3 季小玲;高功率畸变激光的传输特性和光束控制研究[D];四川大学;2004年
4 康小平;非傍轴标量和矢量光束的光束质量研究[D];四川大学;2006年
5 苗二龙;自由空间量子密钥分配[D];中国科学技术大学;2006年
6 韦宏艳;斜程湍流大气中激光波束传输及目标回波特性[D];西安电子科技大学;2009年
7 辛煜;光场偏振参量演化特性与精细结构理论研究[D];南京理工大学;2010年
8 姜义君;星地激光通信链路中大气湍流影响的理论和实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪清泉;部分相干激光通信性能受大气湍流影响的分析[D];西安电子科技大学;2011年
2 徐向博;大气湍流对激光传输的影响研究[D];长春理工大学;2011年
3 左海成;大气湍流影响下卫星光通信探测光斑分布与定位算法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 张华伟;偏振光蒙特卡罗大气传输模型及其应用研究[D];国防科学技术大学;2010年
5 骆志敏;湍流大气中的波传播及散射问题研究[D];西安电子科技大学;2002年
6 李宏升;湍流对大气中传输激光束的影响[D];长春理工大学;2002年
7 仇云利;激光光束的传输特性研究[D];华南师范大学;2004年
8 张建柱;大气湍流对部分相干平顶高斯光束影响的研究[D];中国工程物理研究院;2004年
9 刘维慧;激光在大气湍流中传播时光强起伏的初步分析[D];电子科技大学;2004年
10 韦宏艳;斜程湍流大气中激光波束传输特性研究[D];西安电子科技大学;2006年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 窦玲玉;部分相干环状光束在大气湍流中沿水平和斜程路径传输特性的研究[D];四川师范大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄印博;王英俭;;激光大气传输数值模拟中对计算参量的选取[J];大气与环境光学学报;2007年01期
2 袁仁民,曾宗泳,肖黎明,马成胜,翁宁泉,吴晓庆;不同方法测量折射率结构常数的比较[J];光学学报;2000年06期
3 袁仁民,曾宗泳,马成胜,肖黎明;大气对流边界层光传输的实验室模似[J];光学学报;2001年05期
4 黄印博,王英俭;跟踪抖动对激光湍流大气传输光束扩展的影响[J];光学学报;2005年02期
5 易修雄,郭立新,吴振森;高斯波束在湍流大气斜程传输中的闪烁问题研究[J];光学学报;2005年04期
6 肖希,吕百达;多色高斯-谢尔模型光束通过球差透镜的光谱变化[J];光学学报;2005年04期
7 吴碧琳;饶长辉;;大气湍流外尺度对倾斜跟踪系统跟踪精度的影响[J];光学学报;2007年06期
8 王华;王向朝;曾爱军;杨坤;;大气湍流对斜程传输准单色高斯-谢尔光束时间相干性的影响[J];光学学报;2007年09期
9 张骏,曾宗泳,龚知本;对流湍流池Fried相干长度的光学结构[J];光学学报;1996年12期
10 张骏,曾宗泳,肖黎明,马成胜,翁宁泉;用于波前补偿实验的对流湍流系统的光学特性[J];光学学报;1997年09期
【相似文献】
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1 阎吉祥,俞信;大气湍流对遥感系统分辨力的影响[J];光学技术;2004年01期
2 饶瑞中;;激光大气传输湍流与热晕综合效应[J];红外与激光工程;2006年02期
3 ;光学相关论题 大气光学[J];中国光学与应用光学文摘;2006年04期
4 舒首衡;闫娟娟;郑铮;胡薇薇;;空间激光通信中湍流信道光束传输仿真[J];光散射学报;2007年01期
5 陈波;杨阳;耿则勋;;自适应光学技术及其军事应用[J];火力与指挥控制;2011年08期
6 张世丰;;美国第三次大气湍流、扩散和空气质量学术会议[J];气象科技;1978年04期
7 谢小川,苏云真,冯志超;大气湍流引起CO_2激光自差通信系统相位起伏的研究[J];中国激光;1992年04期
8 陶立英;曹文俊;;不同天气条件下城郊近地层湍流谱的研究[J];南京气象学院学报;1996年01期
9 陈京元,陈式刚,王光瑞;一种简化非Gauss场模型在随机介质中光传播问题中的应用[J];物理学报;2005年07期
10 邢建斌;许国良;张旭苹;王光辉;丁涛;;大气湍流对激光通信系统的影响[J];光子学报;2005年12期
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1 党宏杰;史学书;袁嗣杰;杨潇;;大气湍流对深空天线组阵影响的仿真与分析[A];全国第4届信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2010年
2 吴笛霄;陈栋;;应用Hill谱分析大气湍流环境下FSO通信的可行性[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(下册)[C];2009年
3 叶一东;;大气湍流导致单束激光照明光强不均匀性的数值模拟[A];中国工程物理研究院科技年报(2000)[C];2000年
4 饶瑞中;;大气光学湍流强度的描述和测量[A];大气物理、云雾物理人工影响天气技术经验交流及学术研讨会论文集[C];2004年
5 阴俊燕;尹福昌;陈明;于浩;;影响激光大气传输因素分析[A];2008年激光探测、制导与对抗技术研讨会论文集[C];2008年
6 申永;刘建国;曾宗泳;徐亮;方武;;用于光传输实验的大气湍流模拟装置[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
7 赵远;王强;张宇;张勇;靳辰飞;孙秀冬;;无扫描成像激光雷达激光束传输特性研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
8 马宗峰;欧攀;张春熹;王纪强;周阳君;;光电倍增管在直接探测激光雷达中的应用研究[A];2007年红外探测器及其在系统中的应用学术交流会论文集[C];2007年
9 袁祥岩;张勇;;夏克-哈特曼(S-H)应用在天文望远镜系统时的图像预处理[A];江苏、山东、河南、江西、黑龙江五省光学(激光)联合学术'05年会论文集[C];2005年
10 贲腾;闻传花;韩冬;;AO在大气光通信中的应用研究[A];2007通信理论与技术新发展——第十二届全国青年通信学术会议论文集(下册)[C];2007年
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1 记者任福海;新型大气湍流随机波前发生器研发成功[N];中国技术市场报;2009年
2 鲁进军;机载激光跟踪系统完成飞行发射试验[N];中国航空报;2007年
3 记者 赵清月;高清 没有“我们”莫谈[N];中国电脑教育报;2008年
4 本报记者 罗光荣;窗外传来恶臭[N];中国气象报;2001年
5 王瑾;世界第一高楼不怕风[N];中国气象报;2003年
6 中国科学院成都光电技术研究所 八室;借——双慧眼看纷扰世界[N];科技日报;2002年
7 谢圆;联想发布“GreatServer”战略[N];科技日报;2003年
8 朱继东;联想冲击高端市场[N];经理日报;2003年
9 本报记者 何建红 焦建全;许祖彦院士谈:激光技术的新发展[N];大众科技报;2002年
10 ;空气质量与气象条件[N];大众科技报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 韩立强;大气湍流下空间光通信的性能及补偿方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
2 陈浩;大气湍流中光波前的时空特性探测研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
3 李菲;晴空大气湍流对自由空间光通信影响及校正研究[D];中国科学技术大学;2013年
4 华志励;大气湍流背景下合成孔径激光雷达成像算法研究[D];中国海洋大学;2010年
5 姜义君;星地激光通信链路中大气湍流影响的理论和实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 姜义君;星地激光通信链路中大气湍流影响的理论和实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 邓鹏;新型部分相干光束及其在湍流大气中的传输特性研究[D];华中科技大学;2013年
8 陈京元;大气湍流间歇性及其对光波传播的影响[D];中国工程物理研究院;2005年
9 何武光;光电对抗中的激光大气传输仿真研究[D];电子科技大学;2012年
10 陈建文;激光大气传输的信道及性能研究[D];华中科技大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 石鹏飞;基于常规气象参数的大气湍流建模技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
2 胜琳;大气湍流对空间激光通信系统影响及测试技术研究[D];长春理工大学;2011年
3 王玲丽;大气湍流中光束的漂移和扩展特性的研究[D];西安电子科技大学;2012年
4 黄宏坤;近地大气湍流对激光传输信号幅度起伏特性的影响[D];南京理工大学;2012年
5 杨文波;基于哈特曼—夏克传感器的大气湍流参数测量方法研究[D];长春理工大学;2010年
6 韩艳艳;大气湍流对SAL成像影响及补偿方法研究[D];西安电子科技大学;2014年
7 徐向博;大气湍流对激光传输的影响研究[D];长春理工大学;2011年
8 于权嘉;大气湍流模拟装置控制技术研究[D];长春理工大学;2012年
9 罗成虎;大气湍流激光传输特性及对SAL影响研究[D];西安电子科技大学;2012年
10 汪清泉;部分相干激光通信性能受大气湍流影响的分析[D];西安电子科技大学;2011年
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