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《西安理工大学》 2008年
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部分相干光在湍流大气中传输的偏振度变化研究

张方成  
【摘要】: 随着激光技术的发展,激光在大气中的应用正受到世界各国的广泛重视,如激光雷达、大气激光通信、激光能量传输和激光测距等。当激光在大气中长距离传播时,由于大气的影响,相干度、亮度会下降,光束会发散、抖动,许多物理性质会改变,激光的优点被大大地消蚀。大气湍流引起的折射率随机起伏将导致光场的随机变化,会严重限制各种激光系统的使用性能,决定着激光系统的技术可行性。近年来,人们对部分相干光在自由空间和湍流介质中的传输进行了广泛深入的研究,取得了许多成就。其中,光的偏振特性是非常引人注目的研究课题,研究光束在湍流介质中传输时整个空间光束偏振度的变化是非常重要的,它对自由空间中的光通信以及高功率激光光束在大气中的传输等具有重要的实际应用意义。 论文介绍了偏振度的基本概念和大气湍流的理论基础知识,以高斯谢尔模型光束为例,根据惠更斯-菲涅耳原理,推导了光在大气湍流中传输时偏振度的表达式,以及在不同大气湍流模型下偏振度的远场近似公式。通过理论分析发现,在自由空间中远场的偏振度和源平面内的光源参数和湍流参数有关,而在湍流介质中,当光束经过一定距离的传输后,光束的偏振度只与光束在源平面的偏振度有关,并且等于在源平面的偏振度,而与光束的谱相干度和大气湍流都是无关的。 论文还计算分析了远场偏振特性和近场偏振特性,分析了波长、折射率结构常数以及光斑尺寸等参数在近场处对光束偏振度变化的影响。结果表明,光束在传输过程中,当初始偏振度比较小时,偏振度有两次趋于0点的过程,随着初始偏振度不断增大,偏振度的两个零点不断靠近,并最终重合,初始偏振度再增大,偏振度不再有零点,远场的偏振度趋于初始偏振度;波长对偏振度的变化范围没有影响,当波长越长时,偏振度在近场变化的越快,但是它趋于初始偏振度的过程却越慢;大气折射率结构常数越大,偏振度变化越慢,随着大气折射率结构常数不断增大,偏振度的两个0点间的距离逐渐减小;对于不同的光斑大小,偏振度的变化随着光斑的增大趋于缓慢,光斑越小,偏振度在短距离内的变化越明显。 偏振度的远场近似与数值计算结果相符。所有的结论对激光雷达、大气光通信和高功率激光武器等具有指导意义。
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:P427.1

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【引证文献】
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2 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
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【参考文献】
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【共引文献】
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1 罗启彬;基于混沌理论的遥测信息安全技术研究[D];中国工程物理研究院;2009年
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1 王春霞;倾斜巷道中风流方向对瓦斯分布与瓦斯积聚的影响[D];河南理工大学;2010年
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【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前6条
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【二级参考文献】
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【相似文献】
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2 冯涛,姚旻,林强;随机介质中部分相干光的偏振特性[J];光电子.激光;2004年08期
3 林惠川;蒲继雄;;衍射效应诱导涡旋光束的偏振度变化[J];光子学报;2009年08期
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7 谢圆;联想发布“GreatServer”战略[N];科技日报;2003年
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6 王海燕;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[D];南京理工大学;2010年
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10 刘汉奎;高速光纤通信系统中偏振模色散的监测与补偿[D];浙江大学;2005年
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1 张方成;部分相干光在湍流大气中传输的偏振度变化研究[D];西安理工大学;2008年
2 陈凯;光的相干和偏振相关性的实验研究[D];国防科学技术大学;2011年
3 张洪江;大气湍流中激光波束和脉冲传输特性[D];西安电子科技大学;2009年
4 闵杨;光传输过程中偏振特性的数值分析和仿真研究[D];南京理工大学;2009年
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10 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
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