激光在近地大气中水平传输特性研究

【摘要】： 本文主要研究了激光在近地大气中传输的特性。论文首先介绍了基于广义Lorenz-Mie理论的单个球粒子对高斯波束的散射理论,给出了散射截面表达式。对强会聚窄束腰高斯波束的波束系数计算是高斯波束传输中关键问题,本论文利用区域近似方法对高斯波束入射时散射截面和不对称因子进行了系统的数值计算,在此基础上介绍了高斯波束入射时的蒙特卡罗方法,利用蒙特卡罗方法模拟了高斯波束入射时大气离散随机介质对其散射特性的影响,分析了束腰半径和波长对透过率和衰减的影响。计算表明,束腰宽度越大、透过率越小,衰减越大,即粒子对波束的散射越强。 本论文还研究了激光波束在大气湍流中传输时对双频互相干函数特性的影响,及脉冲波通过湍流大气后脉冲形状的变化,分析了波束尺寸变化对互相干函数和对脉冲波形的影响。结果表明,湍流大气对波束的双频互相干函数影响的主要因素是大气结构常数,内尺度效应在适度湍流强度下也需要考虑,另外,波束宽度的改变也会对脉冲形状有较大的影响。 最后简要介绍了激光在近地大气中传输特性可视化仿真软件,该仿真软件实现了激光在云、雾、气溶胶和湍流大气中传输时计算结果的动态可视化显示,为相关的科研工作提供方便的仿真工具。