激光束在大气中的传播特性研究

激光大气传输特性是研究激光在通过大气传播的过程中,大气与激光相互作用产生的一系列线性与非线性效应以及这些效应对激光传输的影响。文章基于正的共焦非稳定谐振腔的激光场,采用快速傅里叶变换（FFT）等方法研究激光光束在大气中的传播特性,分析了强激光器如二氧化碳激光器在大气传输中产生的一些线性光学效应,并在只考虑大气折射、大气分子吸收等对激光光束的影响下,求出了激光光束在大气中的偏移、光束的扩展和光束质量等,进而利用β参数和Strehl比来评价高能激光器的光束质量特性,给出了这两个参数随着最高能量变化的图形。     

气溶胶所致稳态热晕效应的数值计算

热晕效应是影响强激光大气传输的最严重的非线性问题之一,开展热晕效应研究,可有效地应用高能激光.依据激光在大气中传输时由气溶胶引起的衰减与能见度的经验模型,对气溶胶的等效吸收系数进行了计算,并就大气能见度对强激光水平传输稳态热晕效应的影响进行了数值计算.结果表明：能见度越小,吸收系数越大,热畸变效应越强.     

散斑对光斑检测精度的影响

采用随机相位屏数值模拟激光在大气湍流介质中的传播过程,对在激光接收端探测器表面形成的散斑利用质心坐标进行计算统计,模拟结果表明:光斑质心脱靶量随湍流强度和传播距离的增加而变大,在中等湍流强度(C2n=5×10-14m-2/3和1km传播距离条件下,散斑效应对光斑检测精度的影响误差可达十几微弧度.     

强激光在大气传输中瞬态受激喇曼散射效应的研究

本文用瞬态受激喇曼散射(SRS)理论,讨论了瞬态受激喇曼散射脉冲系列稳态响应和分子的储存效应。给出了在均匀介质和非均匀介质(实际大气)情况下的斯托克斯光强随脉冲间隔、传输距离和天顶角变化的函数关系。对于高重复率和脉宽较窄的强激光在大气传输中,由于分子的储存效应,受激喇曼散射较严重。     

大气闪烁对激光信号检测的影响

激光在大气信道中传输时,会受到大气闪烁的影响,从而造成激光检测系统性能不稳定。文中对大气信道中大气闪烁效应对激光信号检测的影响作了初步的分析和计算,并给出了在一定大气湍流条件下激光检测相应的变化。     

大气瞬态受激喇曼散射阈值的研究

从理论上研究了强激光脉冲及其序列通过分层均匀大气的瞬态受激喇曼散射ＴＳＲＳ效应，计算了大气中不同脉冲结构参数的强激光传输产生ＴＳＲＳ的阈值光强。计算表明，由于大气参数的非均匀性，只有当脉冲重复频率大于１００倍（远大于均匀大气模型的结论）海平面大气的横向弛豫时间时，可忽略大气的记忆效应，用单脉冲的ＴＳＲＳ理论代替脉冲序列计算阈值光强。     

高速光纤通信系统中高阶效应对孤子压缩的影响

在色散位移光纤中,采用分步傅立叶方法对非线性薛定鄂方程进行了数值计算与模拟皮秒脉冲在色散位移光纤中的传输,计算和分析了受激拉曼散射效应（SRS）和三阶色散对色散位移光纤中皮秒脉冲的孤子效应压缩的影响。通过分析最佳压缩因子与孤子阶数之间的关系,发现在光纤的低群速度色散区,高阶色散将成为影响最佳压缩因子的主要原因,而在高群速度色散区,高阶色散效应被抑制,SRS成为影响孤子效应压缩的主要原因。在高速光纤通信系统中,这篇文章的结论可能会在脉冲压缩方面的研究上具有一定的指导意义。     

低频端超宽谱HPM在低电离层中的自作用效应分析

基于电波电离层传播基本理论和高功率微波大气传输机理,讨论了低频端超宽谱高功率微波(HPM)低电离层中的自作用效应,得到了强场条件下自作用因子表达式,分析了强场条件下电场强度、电波频率、电子碰撞频率、电子密度、传播距离等参数对自作用效应的影响.仿真结果表明,初始场强振幅大、频率高、电子密度越大、传输距离越远.自作用效应越明显.     

低频端超宽谱HPM低电离层中的自作用效应分析

基于电波电离层传播基本理论和高功率微波大气传输机理,讨论了低频端超宽谱高功率微波 (HPM)低电离层中的自作用效应,得到了强场条件下自作用因子表达式,分析了强场条件下电场强度、电波频率、电子碰撞频率、电子密度、传播距离等参数对自作用效应的影响. 仿真结果表明,初始场强振幅大、频率高、电子密度越大、传输距离越远,自作用效应越明显.     

大气湍流对激光信号传输影响的研究

在不同的大气条件下,分析和研究了大气湍流对激光信号传输时所产生的强度起伏、光束漂移、扩展和相位起伏及到达角起伏等现象,并在此基础上设计了相应的实验方案,对各种效应进行了具体测试。实验结果表明,随机大气信道湍流效应对激光信号传输的影响很大,在不同的条件下,大气湍流效应的不同影响程度、湍流的强弱与阳光的强烈程度有关。晴天中午前后最强,其他时间较弱。这为激光大气通信在大气湍流效应方面提供了一定的依据。     

高斯激光束大气湍流传输的建模与仿真

大气激光通信中,湍流对传输系统的性能有着严重的干扰。在湍流中传输的激光会产生相干性退化,并且引起了光束的相位起伏、到达角起伏、光强起伏等效应,极大的影响了激光通信中传输速率及准确性。因此,利用快速傅里叶变换方法产生了Kolmogorov湍流理论的相位屏,并采用低频谐波补偿方法,从而改善相位屏的低频统计特性。然后,基于所产生的相位屏,采用分步传播方法对准直高斯光束通过Kolmogorov大气湍流进行了数值仿真,通过仿真得到了穿过大气湍流后的光强和相位分布,这对于大气激光通信,特别是研究光束在湍流中传播时的湍流效应有着不可忽视的指导意义和参考价值。     

利用LOWTRAN7研究1.06 μm激光大气传输特性

激光在大气中的传输特性是影响激光武器技术指标的重要因素。激光在大气中传输时，会受到气体分子和气溶胶粒子、尘埃、雾、雨等对激光信号的吸收和散射，导致激光信号能量的衰减；此外，还受大气湍流的影响。利用国际公认的大气传输特性仿真软件包LOWTRAN7，计算分析了1．06μm激光在多种条件下的传输特性，计算结果对今后进一步开展激光武器技术的研究具有一定的指导意义。     

弱湍流环境下基于OFDM的大气激光通信系统性能分析

大气激光通信作为一种新型无线接入方式备受关注,但是大气中存在的湍流效应会使系统信道不稳定,对传输性能产生影响。为了充分发挥大气激光通信的优势,提高传输速率,改善系统性能,将OFDM技术与大气激光通信相结合并建立OFDM系统仿真模型,分析在弱湍流环境下不同子载波调制方式、不同子载波数以及不同循环前缀长度等因素对OFDM系统误码性能的影响,为OFDM在大气激光通信系统中的应用提供了合理的参数选择依据。     

长波天波传播几何参量的分析

深入分析了在长波天波传播几何参量的确定和计算中，大气折射效应对其产生的影响，澄清了以往有关工作中在定义天波传播路径距离方面存在的含糊不清的问题；首次在选取不同大气折射率分布模型的前提下，得到无线电视距、天波传播路径、出射角、入射角等长波天波传播几何参量的计算结果及其对天波传播时延和场强的影响。研究结果表明，在确定天波传播几何参量和预测天波传播时延及场强时，不能忽视因选取大气折射率分布模型的不同而引入的误差。     

激光大气传输相干长度实验研究

通过激光水平大气传输实验,对接收的光强闪烁和光斑尺度特征进行记录。在强湍流条件下,利用光强闪烁计算出大气折射率结构常数Cn2,并以此反演大气相干长度r0,从而计算出光斑尺度;通过与实际测量得到的等效光斑尺度进行对比分析发现：二者存在一定偏差,在rn小于O．055m的条件下相差大约200μm2,但是其量级和时间变化趋势上基本一致,分析了误差产生的原因。     

基于球泡模型的大气湍流光束漂移Monte Carlo模拟

大气湍流光束漂移会降低大气光通信系统的性能.把大气湍涡建模为三维空间中随机分布的空气球泡,其折射率和尺寸分别服从正态分布和均匀分布.使用Monte Carlo方法,根据几何光学理论分析光线在球泡中及球泡之间传播时的三维轨迹,并计算在接收面上光线偏离真空传播时的到达点的距离.最后通过模拟大量光线的传播,统计得出不同大气参数和传播距离条件下的光束漂移半径均方值.对比Monte Carlo模拟结果和理论计算结果,发现二者之间具有一致性.     

尾流光学特性的数理模型及试验

建立了气泡幕中气泡随半径分布规律的数学物理模型，从单个气泡对激光散射的影响推导出了气泡幕对激光的散射效应的数学表达式，并利用所得到的表达式在实验室条件下进行了相关计算。在气泡幕对激光散射的影响中，对激光偏振化特性的影响进行了区别计算，结果表明，激光的两种偏振化状态对气泡幕散射的影响从粗糙结构来看没有明显差异，但其精细结构有所不同。另外对不扩束和扩束两个条件下的计算明确显示出，扩束条件下散射光的强度是不扩束条件下的二倍以上，但二者的精细结构并没有可见的差别。在不同航速下测量了真实尾流不同几何部位的激光透射特性，测量结果与理论计算结果粗略一致。从透射光的相对强度来分析实验结果，可以认为自然光的影响是一个次要因素。     

Turbo码大气激光通信系统中交织器的仿真

结合大气信道的特点和Turbo码的基本编译码结构，构建了基于Turbo码的大气激光通信系统Simulink仿真模型。在此基础上，针对大气湍流的光强闪烁效应，运用MATLAB软件，采用Log-MAP译码算法，仿真分析了交织器方案对Turbo码大气激光通信系统性能的影响，得到利于Turbo码在大气激光通信系统中获得实际引用的一些结论。     

外场激光导引性能分析

外场激光导引性能的测试分析是激光半主动制导武器科研试验中的重要环节,通过对激光半主动制导试验中从激光照射器-大气-目标-大气-导弹的光学传递链的分析和对激光大气传输特性和目标激光散射特性的研究,建立了从照射器到目标和从目标到探测器两个环节的照射激光能量传递模型,通过理论计算和外场试验实测数据,实现了对导引头入瞳处接收能量的计算分析,为外场激光导引性能分析提供了依据,具有较高的实用价值。     

强激光大气传输稳态热晕效应研究

基于积分法研究了有风时强激光大气传输稳态热晕效应．推导了稳态热晕积分方程,分析并改进了高斯-勒让德积分法,使收敛速度提高近两倍,且畸变越大改进效果越显著．应用该算法计算了10.6μm激光的稳态热晕对远场光斑能量分布的影响,得到了较理想的结果．然后应用该算法对3.8μm激光的热晕效应进行了分析．结果表明,在其他参数不变情况下,发射功率越大,传输距离越远,光束畸变和波束扩展越大; 而孔径的增加,会使热畸变效应减小,但孔径太大或太小均会导致到达目标的功率密度下降,有效光斑面积减小,且孔径的增大会增加系统实现的难度和成本．因此,合理选择发射孔径是系统设计的重要因素．