红外激光束经卡塞格伦系统衍射后的远场分布

把卡塞格伦系统等效为圆环光阑,利用高斯光束的贝塞尔级数展开,首次得到了红外激光束经卡塞格伦系统衍射后的远场分布表达式,对所得结果进行了讨论,并和均匀光波场的情形进行了比较。     

红外激光束经卡塞格伦系统衍射后的远场分布

把卡塞伦系统等效为圆环光阑，利用高斯光束的贝塞尔级数展开，首次得到了红外激光束经卡塞格伦系统衍射后的远场分布表达式，对所得结果进行了讨论，并和均匀光波场的情形进行了比较。     

卡塞格伦天线光传输特性研究

本文对卡塞格伦光学天线系统的传输理论进行了分析,在此基础上对卡塞格伦光学天线的传输特性进行了仿真实验分析,通过实验发现偏轴将直接影响卡塞格伦天线的传输效率和藕合效率,期望本文的研究能够为卡塞格伦光学天线特性问题的研究提供可行的思路和方法。     

双馈源偏置卡塞格伦天线研究

文章根据偏置卡塞格伦天线设计原理,通过双馈源、副反射面的正反面将两种不同结构的偏置卡塞格伦天线结合在一起,研究出一种双馈源-单副反射面-双主反射面的新型偏置卡塞格伦天线。该天线充分利用了偏置双反射面天线的扫描特性好、可避免遮挡效应等优点,在两个不同方向上产生双波束,实现双方向扫描,拓宽了卡塞格伦天线的应用领域。     

卡塞格伦光学天线系统的光传输特性分析

对激光束经卡塞格伦光学天线系统后光传输特性进行了理论分析和仿真,研究了影响它的一些因素。建立了卡塞格伦光学天线系统的测试平台,对天线的偏轴、热变形和像差等因素对天线的传输效率的影响进行了实验测试,并提出了改进措施。     

相干高斯光束通过卡塞格伦镜头反射光的时间分布特性

利用物理光学的相关知识、Collins衍射积分公式以及硬边光阑的复高斯函数分解法,推导得到相干基模高斯光束通过卡塞格伦镜头原路返回点处的反射光时间分布的解析表达式。数值仿真分析了条纹间距和中心遮挡比对卡塞格伦镜头反射光时间分布的影响,设计实验并对数值计算结果进行验证。结果表明:随着条纹间距的增大,卡塞格伦镜头反射光的时间分布峰数目减少,峰值光强减小,回波曲线包络中的频率点分量减少;中心遮挡比的增大将引起反射光时间分布的能量和频率分量的丢失;随着扫描速度的增大,回波信号的分布变得密集,呈现方差减小、偏度和峰度增大的趋势;卡塞格伦镜头和透射式镜头的回波信号的峰度特征在数值上差异明显,可以通过回波信号的统计特征区分折反式镜头目标和透射式镜头目标。所获得的结果对激光主动干涉探测识别技术的应用具有重要意义。     

高增益低副瓣卡塞格伦天线设计

由于卡塞格伦天线具有优良的电气和简单的结构特性,因此被广泛应用于雷达、通信、气象、遥感遥测等领域,但是由于天线副面的阻挡影响,卡塞格伦天线要实现较低的第一副瓣电平非常困难.针对限制卡塞格伦天线实现低副瓣电平的各方面因素,通过合理选择天线结构参数,精心设计高性能、高效率的双模照射馈源,在Ka频段实现了高增益、低副瓣卡塞格伦天线,完成了天线波瓣的远场测试,并给出了相应的测试结果.     

4.5m卡塞格伦天线的安装与调试

长期以来卡塞格伦天线以其自身的接收性能优越,操作维护方便而广泛应用于广播电视系统、邮政系统、银行系统等各个行业。文章详细讲述了4.5米卡塞格伦卫星接收天线的安装、调试和维护的过程。     

卡塞格伦光学天线光传输特性研究

对卡塞格伦光学天线光传输特性进行了理论分析,重点研究了影响光学天线光传输质量的几个重要因素,并进行了测试结果与仿真验证。为实际研究大气激光通信系统中光学天线的光传输特性提供了理论依据,具有重要的实用价值。     

空间激光通信中的光学系统

给出了空间激光通信系统中光学系统的构成并分析了各个部分的功能,介绍了几种形式的光学天线及空间激光通信中的自适应光学技术。在光学天线的分析中,指出卡塞格伦天线用于空间激光通信所具有的优势,分析了卡塞格伦天线的性能以及设计中要注意的问题。     

ELGB在湍流大气中通过圆形光阑的传输特性

为了研究复宗量拉盖尔-高斯光束在湍流大气中通过圆形光阑的传输特性,采用拓展的惠更斯-菲涅耳原理进行了理论推导和数值计算,得到了光强表达式和相应的计算图像。结果表明,光束在湍流大气中受到光阑限制传输时,当截断参量61,光束能够长距离传输且与源场时的光束横截面光强分布大致类似,仍为空心光束,但中心处光强的归一化值大于0;当截断参量1时,小孔的衍射效应不明显,与无小孔限制时非常类似,光束横截面光强分布变为高斯形状;大气湍流强度越小,越容易保持源场时的光束横截面光强分布;不同阶数光束在湍流大气中的传输特性也做了相应研究。该结果对于从事激光传输与自由空间光通讯是有帮助的。     

相位屏法研究平顶高斯光束的大气传输特性

由于理论研究和实验研究的局限性,用随机相位屏描述湍流大气对激光束的影响,模拟了平顶高斯光束经湍流大气传输时的远场光斑,并进行了统计分析。结果表明,平顶高斯光束经弱湍流大气传输时,短曝光光斑由中心小暗斑和外侧不规则的亮斑组成,湍流增强使光斑破碎,光强分布杂乱无章;对长曝光光斑而言,弱湍流情况下,光斑形状规则,光强分布存在中心凹陷现象,湍流增强使光斑变为椭圆,但光强变为近似成高斯分布。对于本文的参数值,湍流强度为C2n=10-16m-2/3时,光斑质心沿x和y方向分别在[-7.5 mm,7.5 mm]和[-10 mm,10 mm]随机变化,湍流增强使质心漂移标准差变大,同一湍流情况下,平顶高斯光束质心漂移的标准差要比高斯光束小。     

部分相干平顶光束序列在湍流大气中传输特性

为了研究部分相干平顶光束序列在湍流中的传输特性,采用扩展Huygens-Fresnel原理,得到了相应的解析表达式,并运用MATHEMATICA进行了相应的数值模拟。结果表明,湍流一定时,相干长度越小,变成高斯光束的趋势越快;光束阶数越大、相干长度越小,部分相干平顶光束序列的相对束腰宽度扩散较快;相干长度越小、光束阶数越大,部分相干平顶光束序列的斯特列尔比受湍流影响越小;在远场中,当阶数改变,桶半宽度小于4倍光束的束腰宽度时,平顶光束序列的光束阶数相对高,桶中功率相对大,桶半宽度大于4倍光束的束腰宽度时,平顶光束序列的光束阶数相对高,桶中功率相对小;当光束的相干长度改变时,桶半宽度小于4倍光束的束腰宽度时,平顶光束序列的相干长度σ越小,桶中功率越大,桶半宽度大于4倍光束的束腰宽度时,相干长度σ越大,桶中功率越大。这些结果对激光在通信方面具有一定的实际应用。     

高斯光束的光谱传输特性分析

为了研究光束的光谱传输特性,根据广义惠更斯-菲涅耳原理,推导了高斯光束光谱经自由空间和湍流大气传输的表达式,并以中心频率为1.78×1015rad/s、谱宽为8.39×1013rad/s的高斯光束为例进行了数值分析。结果表明,高斯光束传输过程中,z轴附近光谱存在少量蓝移,离轴距离增大到约为0.5w(z)时,光谱由蓝移变为红移,湍流效应对离轴较远点的谱移现象有比较明显的抑制作用,而增大源光谱的带宽,则会使谱移现象更显著;计算1.78×1015rad/s和1.75×1015rad/s两束单色光传输5000m时传输截面上的光强分布发现,对于某个横向位置,源光谱中心频率激光的强度会比某个其它频率激光的强度小,产生传输截面上的谱移现象,谱移现象随各参量的变化规律可由高斯光束的束腰变化规律和湍流效应对光束的展宽效应进行解释。     

会聚高斯光束光轴上的光场强度分布

根据惠更斯一菲涅耳原理，推导出会聚病折光束经圆形孔径衍射后光轴上的场分布及强度分布表达式。讨论了轴上点光强最大值相对会聚高斯光束束腰的偏移量同衍射孔径及高斯光束参数的关系。     

传输波束对无线光通信误码率性能的影响分析

在无线光通信中,研究通信系统性能时多数是在平面波、球面波条件下进行的,而实际无线光通信系统发射的激光是高斯波束,所以研究不同波束对通信系统性能的影响具有重要意义。本文从孔径平均效应出发,运用理论分析和实验仿真的方法,在不考虑湍流内、外尺度影响的前提下,首先描述了高斯波束条件下,孔径平均因子随孔径尺寸的变化趋势,并且比较了不同湍流强度条件下孔径平均效应的差异;在OOK调制和非相干检测条件下,比较不同传输波束在弱湍流大气中传输时,孔径平均在改善误码率性能方面存在的差异。结果表明:高斯波束对误码率的影响明显,最先达到饱和状态,球面波次之,平面波较为平缓。     

PCELG光束通过光阑传输后偏振度的研究

为了研究部分相干复宗量拉盖尔-高斯(PCELG)光束通过环形光阑后在湍流大气中传输时的偏振特性,基于拓展的惠更斯-菲涅耳原理,经理论推导,得出PCELG光束偏振度的解析表达式,并进行了相应的数值计算。结果表明,光阑的衍射效应将会造成PCELG光束偏振度振荡加剧的现象;当PCELG光束在湍流大气或自由空间中传输时,近轴处横向的偏振度有着剧烈的振荡,而在较远点处,其偏振度都是趋于1,且随着传输距离的增加,横向的偏振度趋于1时所对应的离轴距离也增大;当PCELG光束通过光阑后在自由空间中传输时,经过足够长的距离,偏振度将趋近于不同于初始偏振度的值,而在湍流大气中传输时,偏振度将趋近于初始偏振度。该结果对光束在大气中的传输及其应用具有实际意义。     

Gaussian mode analysis of Cassegrain antenna efficiency

Gaussian mode analysis is a convenient way to characterize long focal length systems, such as the Cassegrain antenna at the secondary focus. We use multimode Gaussian optics to derive several interesting results concerning the aperture efficiencies of Cassegrain antennas fed by corrugated conical horns. The highest efficiency is obtained when the antenna is illuminated by a wide-band, wide-angle horn which has its phase center at the secondary focus, or equivalently by a narrow-band diffraction limited horn with its phase-center located at a confocal tertiary focus. In both cases this corresponds to placing the horn aperture at a position where the incoming fields are frequency-independent and have limited spatial extent. We generalize these results to show that a true image of the aperture distribution can always be formed on the spherical cap in the aperture of any arbitrary scalar horn, by using a single refocusing tertiary lens or mirror. Since both the incoming fields and the horn aperture fields on this surface are frequency independent, it follows that the aperture efficiency is also independent of frequency with either of these arrangements. We suggest that devices for shaping the aperture illumination, such as shaped lenses or dual shaped subreflector systems, should, in general, be installed near an image of the telescope aperture distribution.     

水平大气传输中部分相干光的光强分布及 相干特性

利用光束的交叉谱密度函数得到了部分相干光的光强分布和相干长度的表达式, 并基于该表达式就光源不同 相干参数、不同湍流强度对部分相干光在水平大气传输中的光强分布和相干长度的影响效应进行了数值模拟, 且与 完全相干光进行了比较分析。研究结果表明: 在自由空间传输过程中光强分布主要受衍射引起的展宽影响, 光源相干 参数越大光束的相干长度值越大。在湍流大气中, 光源相干参数越大光强分布和相干长度受湍流大气强度变化影响 越小。随着湍流强度和传输距离的增加, 光束展宽效应增加, 同时由于湍流叠加效应导致光束的相干长度下降。     

高斯光束微圆孔菲涅耳衍射的束型转变

为了获得束型、光强分布、光斑大小等满足激光应用需要的光束,根据由基尔霍夫衍射公式导出的高斯光束微圆孔衍射变换的计算式,探讨了高斯光束微圆孔菲涅耳衍射变换的束型转变及其影响因素,并利用MATLAB软件进行了计算模拟。结果表明,这种方法的可靠性和可行性有利于把激光束应用于激光工程、微光学和微光机电系统。