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大气湍流中光束的漂移和扩展特性的研究

王玲丽  
【摘要】:光在大气中传输时,会受到大气中湍流地影响产生光强闪烁、光束扩展、光束漂移和光斑抖动等一系列的湍流效应,这些效应会影响光信号的传输,特别是光束的漂移效应甚至会中断光信号的传输。本文主要对湍流大气引起的光束扩展和漂移做一定地研究。 首先,介绍了考虑不同因素的大气折射率功率谱密度函数,以及高斯波束在自由空间任意点的光波场强。基于自由空间的基本传播理论和修正Andrews谱,采用Born近似和Rytov近似方法推导出弱湍流下的平均光强,同样运用Markov近似方法推导出了强湍流下的高阶矩和平均光强。 其次,研究了高斯波束水平视距传播的光束漂移和扩展特性。分别根据弱、强湍流下的平均光强的计算结果给出了弱、强湍流下的长期光束扩展,并与已有光束扩展做数值对比。利用平均强度和不同的折射率功率谱推导出不同功率谱下的漂移方差表达式,并对光束漂移与实验数据作对比,还考虑了大气湍流的外尺度和传输过程中的多次散射的影响,分析了不同天气条件和光束的选择对修正Andrews谱下光束漂移和光束扩展的影响。 最后,根据水平传输的理论,把水平视距传输推广到斜程传输中,推导了斜程传输的光束漂移和光束扩展表达式。


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