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激光大气传输中光谱变化的研究

彭艳艳  
【摘要】:激光束在大气湍流中的光谱变化是近年来备受国内外光学和激光界关注的前沿课题之一。该研究工作可为自由空间光通信等实践中的应用提供计算依据和理论模型。本文主要研究了激光束通过非Kolmogorov大气湍流传输时的光谱变化问题,主要研究内容和成果如下: 1.基于广义惠更斯-菲涅耳原理,利用非Kolmogorov谱模型,推导出了高斯谢尔模型(Gaussian Schell-model, GSM)光束和矩形阵列高斯谢尔模型(rectangular array Gaussian Schell-model, RAGSM)光束通过非Kolmogonov大气湍流传输中光谱的解析表达式,并用其研究了非Kolmogorov大气湍流对光束光谱变化的影响。 2.GSM光束在非Kolmogorov大气湍流传输时发生了光谱移动(蓝移和红移)和光谱跃变。光谱跃变的发生与离轴距离r、广义指数参量α、广义结构常量Cn2、湍流内尺度l0、湍流外尺度L0和传输距离z有关。随着广义指数参量α的增大、湍流内尺度l0的增大、广义结构常量cn2的减小,光谱跃变量△会减小,光谱跃变临界位置zc会增大而湍流外尺度L0对光谱变化几乎没有影响。 3.相干叠加和非相干叠加RAGSM光束在非Kolmogorov大气湍流传输其光谱变化是由子光束数目M,N、子光束间距X,Y、离轴距离ρx、广义指数参量α、广义结构常量Cn2、湍流内尺度l0、湍流外尺度L0和传输距离z共同决定。且随子光束数目M,N的减小、广义指数参量α的增大、湍流内尺度l0的增大、广义结构常量Cn2的减小,轴上相对光谱蓝移的最大值增加,离轴光谱的光谱跃变量△减小及光谱跃变临界位置ρxc减小。而随着子光束间距的X,Y的增加、光谱跃变临界位置ρxc增加。湍流外尺度L0对光谱变化影响不明显。 4.相干叠加RAGSM光束轴上光谱有蓝移和红移交替变化的现象,而非相干叠加RAGSM光束轴上光谱则只有蓝移现象。与非相干叠加RAGSM光束相比,相干叠加RAGSM光束的相对光谱蓝移最大值、光谱发生跃变的临界位置ρxc及跃变量均要小


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