湍流大气中激光束抖动的频率相关及降雨大气中激光束到达角的起伏

我们运用微扰近似法和两滴粒子大小Marghall-Palmer分布,讨论了两对激光束传输的影响以及在微扰近似和马尔柯夫近似两种近似下讨论了洁净湍流大气中传输的光束漂移的频率相关。推导并获得降雨湍流大气中激光束到达角起伏方差解析式和到达角起伏频谱的表达     

降雨大气中激光束漂移和到达角起伏研究

本文利用降雨大气中,雨滴与湍流所引起折射率起伏的相互独立性,在雨滴对光束的前向散射近轴条件下,以马尔科夫过程和delta相关条件,讨论了激光束穿过雨屏和湍流大气时,所引起的漂移和光波波阵面到达角起伏的统计特性.给出了它们的理论计算曲线.得出结论为:在降雨大气中,雨滴所引起对激光束的漂移和到达角起伏量均比同时存在的弱湍流影响要大.     

大气湍流对激光信号传输影响的分析研究

文中介绍了激光信号通过随机大气信道时,大气湍流效应造成了光束抖动、强度起伏,光束扩展和像点抖动等现象。对强度起伏、光束漂移及扩展和相位起伏与到达角起伏进行了理论分析,并在理论分析的基础上设计了实验研究方案,最后得出了相应的实验结果。     

湍流大气中激光回波到达角起伏

本文运用几何光学近似,导出了湍流大气中束状反射回波的到达角起伏表达式.结果表明:当准直光束和聚焦于反射器的光束照明后向反射器时,回波不存在到达角起伏,而当准直光束照明平面反射器时,到达角起伏是相同条件下视线大气传输光束到达角起伏的一倍.     

折叠式光路中激光束的大气闪烁

我们从实验和理论两个方面研究了激光束在折叠湍流大气路程上传输时的统计特性。实验结果证实了闪烁放大效应的理论假设。应用光束漂移和到达角起伏的反射放大的概念从理论上探讨了闪烁反射放大,并得到和实验一致的结果。     

湍流大气中激光束扩展反射效应

本文讨论了激光束在弱湍流大气中传输时平面镜反射回波的光束短期和长期扩展增加效应。结果表明激光回波的光束短期扩展反射放大率近似但大于其长期扩展反射放大率。聚焦光束的长期扩展增强率为1.52,短期扩展的增强率略大于1.52。     

由相位起伏分布推导到达角的几何方法研究

经过大气湍流的激光束,在整个接收面上会产生相位起伏,从而引起光束的到达角起伏。为了建立接收面某点处两者之间的数学关系,采用了一种几何方法,从相位起伏分布出发,构造了波前的空间几何形态,进而计算出到达角起伏分布。对该方法的可行性进行了理论分析和计算,取得了到达角起伏分方差计算值与理论值的比较结果。结果表明,用该方法计算所得的到达角起伏方差,与已知的到达角起伏统计特性符合较好。这一结果对研究经大气湍流的光束形态及统计特性是有帮助的。     

大气湍流对激光空间传输特性影响的实验研究

为了研究大气湍流对不同波长激光传输特性的影响,利用MATLAB对其进行了仿真,设计湍流模拟箱进行实验,将仿真和实验结果对比进行了理论分析和实验验证。对激光波前光强分布进行了观察与记录,并对不同波长激光束在相同大气条件下的光束漂移和光强起伏做了测量与分析;就大气湍流对线偏振光的偏振态影响进行了实验观测。结果表明,随着大气湍流的增强,激光波前光强分布容易受到明显的影响;激光束的光强起伏随着波长的增大而减小,其方差最高到达2.79×10^-2,而光束漂移则与波长无关,方差最高到达9.11×10^-12;线偏振光受到湍流效应的影响,其光强产生随机变化,且随着湍流强度的提高,变化程度更剧烈。实验测试数据结果与大气湍流理论相符合,这对激光大气传输的研究具有一定的参考价值。     

斜程大气传输光束孔径平滑到达角与像点起伏

像面到达角起伏、波面抖动和像点抖动通常是研究大气干扰情况下高分辨成像系统波前特性的重要方法之一。采用Rytov近似、包含湍流内外尺度影响的修正von Karmam近似谱和接收光学系统孔径滤波函数和传输权重函数中的Airy函数的高斯函数近似,研究了斜程湍流大气中传输束状波的波面抖动、像面到达角起伏和像点抖动规律,导出了圆孔接收系统测量到的包含湍流内外尺度影响的束状波孔径平滑波面抖动、像点抖动和像面到达角方差理论模型。     

狭激光束运动所致到达角起伏概率和光强起伏统计

运用到达角起伏的马尔柯夫近似和湍流大气中传输光束的几何光学近似，导出了满足奥伦斯坦－乌伦贝克过程的到达角起伏概率密度的福克－普朗克方程，得到了与传输路程相关的到达角起伏Ｒｉｃｉａｎ分布概率密度函数，同时讨论了狭激光束到达角起伏导致的光强起伏统计问题。     

大气激光束漂移的实验研究

为了研究激光束在大气中的漂移情况,对激光束在大气中的传输做了实验研究。采用电荷耦合器件CCD成像技术对光斑的漂移情况进行了测量。对光斑漂移在水平和垂直方向的变化进行了实验研究,并分析了横向风对光束漂移的影响,得到了在不同时刻以及不同传输距离情况下光束漂移情况的实验结果。结果表明,光束随传输距离的增加,垂直和水平方向的漂移量逐渐趋于一致。     

部分相干月牙形光束在非Kolmogorov谱中的漂移

为了探究部分相干月牙形光束在非Kolmogorov谱中漂移的演化规律, 采用拓展Huygens-Fresnel原理, 得到了相应的解析表达式, 并运用MATLAB进行了数值模拟。结果表明, 在非Kolmogorov谱中, 部分相干月牙形光束的漂移分别随着各向异性参量的增大、湍流内尺度的增大、湍流外尺度的减小、结构常数的减小而降低; 与各向同性湍流相比, 各向异性湍流对漂移的影响较小; 月牙形光束的最大光强位置的离轴距离分别随着波长、光束阶数的增大而增大, 随着相干长度的增大而减小。月牙形光束由于最大光强位置的离轴特性, 有利于绕过障碍物传输, 所得结论对实际光通信有一定参考价值。     

斜程大气传输激光束的平均光强与短期光束扩展

基于广义惠更斯-菲涅耳原理、修正von Karman 湍谱、贝塞耳权重函数的高斯函数近似和误差小于4%的波结构函数平方近似,研究得出了包含湍流尺度影响的湍流大气中传输高斯光束的平均光强新关系和包含湍流外尺度影响的光束短期扩展因子。研究了高斯光束等效半径与传输距离、初始光束束径和光波波长间的关系,结果表明,在给定折射率结构参量和传输距离情况下,存在极小短期光束扩展对应的特征初始束径和特征光波波长。     

受光束漂移影响的深空上行激光通信链路信道容量

使用Monte-Carlo仿真方法,基于光强闪烁和光束漂移的联合模型,对使用脉冲编码调制方式（PPM）和雪崩光电二极管（APD）探测器直接探测接收的深空上行激光通信链路的信道容量进行了分析。仿真结果表明,与下行链路中信道容量随着束散角的增加而单调下降的现象不同,对于存在光束漂移作用的上行星地激光链路,存在一个最优发射束散角使得星地激光系统的信道容量最大。在此基础上,对最优束散角与发射光束数目、方位角、热噪声和发射端的光束半径之间的关系进行了分析。所得的结果可以帮助实现星地激光通信系统上行链路的优化设计。     

部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中的平均强度与展宽

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,交叉密度函数以及Rytov’s相位结构函数二次近似,利用傅里叶高斯变换推导出部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中的强度分布表达式,并在此基础上分析了大气湍流对角展宽、桶中功率以及光束漂移的影响。数值结果表明：角展宽和光束漂移与光束的初始半径、光源的相干长度有关;远场能量集中度随湍流强度增加、光源相干宽度减小而减小。     

Optimization of the beam configuration in the Raman-type free-electron laser

A theoretical discussion is given for the two-dimensional Raman-type free-electron laser composed of a hollow relativistic electron beam of arbitrary thickness contained in a parallel plate waveguide and an array of permanent magnets for the pumping source. Under the influence of the magnetostatic field pump, the coupling between the scattered wave of the even TE mode (positive-energy wave) and the electron plasma wave of the odd TM mode (negative-energy wave) is investigated in detail. With the aid of numerical illustrations, the electron plasma wave with odd symmetry is found to be split into two modes: one mode is dominant for a thick beam and the other mode dominant for a thin beam. For the case where the scattered wave interacts with the electron plasma wave of the latter mode, an optimum beam thickness is obtained for which the growth rate becomes maximum. The optimum beam thickness is found to be comparable with the wavelength of the scattered wave and yet considerably greater than the reactive skin depth of the electron beam. In addition, the efficiency for energy conversion is found to be greatly improved by utilizing a hollow beam instead of a solid beam.     

反常涡旋光束在各向异性大气湍流中的漂移

为了研究部分相干反常涡旋光束在各向异性大气湍流中的漂移特性,基于各向异性非Kolmogorov大气湍流谱模型,利用几何光学近似与Rytov近似解得到了部分相干反常涡旋光束(PCAVB)在各向异性湍流中传输的光束漂移解析式,并对该漂移解析式进行数值模拟.研究了拓扑荷、相干长度、各向异性因子、折射率结构常数等光束参量及湍流...     

部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中的展宽与漂移

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,交叉密度函数以及Rytov's 相位结构函数二次近似,利用傅里叶高斯变换推导出部分相干高斯-谢尔（GSM）光束在大气湍流中的强度分布表达式,并在此基础上分析了大气湍流对光束展宽、以及光束漂移的影响。数值模拟表明:光束展宽和光束漂移与光束的初始半径、波长、光源的相干宽度以及发射机的位置高度有关,并提出了减小湍流影响的措施。     

高斯束状波斜程传输的大气湍流效应

利用Ｍｅｌｉｎ变换技术,给出了弱起伏范围内Ｇａｕｓｓ准直光束的对数据幅起伏方差,波束扩展半径和漂移角方差的表达式,利用昆明实测的近地层大气湍流强度的高度分布,计算了多种靶标高度斜程传输情况下波束的对数据幅起伏方差,扩展半径和漂移角。     

湍流大气中高斯光束波前刃位错

在Rytov近似下 ,通过引入统计平均位错的概念研究了高斯光束通过近地面湍流大气传播时波前刃位错位置与湍流大气强度和传播距离等参数的关系。分别在远大于和远小于光波位相起伏周期的两种情况下 ,研究并得出了波前刃位错位置的湍流系综统计平均理论关系