具有轨道角动量的涡旋光束在非均匀大气湍流中的传输特性

基于拓展的惠更斯–菲涅尔原理、维格纳分布函数的二阶矩定义,研究涡旋光束（l=1）在非均匀大气湍流中的传输特性,推导出其 M2因子及光束扩展表达式,并进行数值模拟。结果表明,初始空间相干长度、束腰半径、光束波长、天顶角以及湍流内尺度对光束传输有较大影响。在一定范围内,减小相干长度、天顶角、束腰半径,增大波长或湍流内尺度,均能有效提高光束传输质量。相较于电磁–高斯谢尔模型阵列光束、部分相干空心光束,具有轨道角动量的涡旋光束受大气湍流的影响更小,更有利于信息的有效传递。在自由空间光通信（FSO）中,采用电磁高斯涡旋光束,具有更高的稳定性。     

湍流大气中高斯光束通过角反射器的解析传输

将高斯光束通过角反射器的传输过程简化为其连续通过2个平行四边形光阑的传输过程,利用广义惠更斯-菲涅尔衍射积分以及将硬边光阑窗口函数展开为有限个复高斯函数之和的方法,推导了双程大气湍流条件下高斯光束通过角反射器的近似三维解析传输公式。数值计算表明,当入射角较大时反射光的平均光强分布模式的畸变明显,且在同等数值时入射角带来的畸变效应大于方位角带来的畸变效应;远场情况下,除了一些小的旁瓣的存在反射光光强分布的主瓣具有较好的高斯模式。     

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.     

非均匀下垫面大气边界层研究进展

总结了水平非均匀下垫面的大气边界层研究,指出干旱区的绿洲具有明显的"冷湿岛效应",并可形成边缘逆湿和区域环流,而植被和水域的分布则显著改变了大气边界层结构.阐述了复杂地形下垫面时局地风场和小尺度环流产生的影响、城市熟岛效应的产生及特点和城市中绿地和水体的微气候效应.比较分析了不同陆面参数化方案以及边界层气候模式,提出未来在热力与动力非均匀的结合、湿地下垫面的数值模拟、城市复杂下垫面参数化以及气候模式的耦舍等方面尚需进行深入的研究.     

电磁波在非均匀等离子体波导中的传播

利用麦克斯韦方程和线性理论推导了电磁波在径向非均匀未磁化等离子体波导中传播的色散方程,对其传播特性进行了讨论,对等离子体在径向具有线性和二次抛物线分布的色散曲线进行了数值计算;发现了电磁波相对于均匀等离子体分布的一些变化规律:HE模式的电磁波截止频率降低,EH模式的电磁波截止频率升高。     

一种改进的卡尔曼滤波算法在非均匀校正中的应用

提出了一种改进的卡尔曼滤波算法,并将其应用于红外焦平面成像非均匀校正过程中。该算法合理的分配了传统卡尔曼滤波算法的计算量,克服了传统卡尔曼滤波算法计算量分配不均的不足,使该算法在相同的条件下不仅能更容易对非均匀校正算法进行实时处理,而且还能支持更高的分辨率。     

大气湍流中光传播的数值模拟

大气分子等粒子的存在对光的空间传播通常会产生光束的扩展、漂移等的影响.文中在随机媒质中光的传播理论的基础上,分析了构造大气湍流随机相位屏所需要的条件,采用McGlamery算法和Huygens-Fresnel原理,数值模拟给出了Kolmogorov谱下的大气湍流随机相位屏.分析了光波从发射机经湍流大气传播到达接收机平面时的光场变化特征.模拟分析表明:大气分子等粒子的存在,对光的振幅及能量的空间分布均造成很大的影响.     

大气湍流效应对激光传输影响的仿真研究

针对大气湍流效应对半导体激光光束远场光束质量的影响进行仿真研究。首先理论分析泽尼克多项式产生的相位屏及指数高斯光束通过湍流大气传输后的光斑畸变情况;然后利用Matlab软件对相位屏及单束、多束半导体激光光束通过相位屏后的光斑光强分布进行仿真,并采用不均匀度指标对远场光束质量进行评价;最后指出多光束并合方法是抑制大气湍流效应影响的有效方法,对构建激光主动照明成像系统具有指导意义。     

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。     

非均匀介质中弹性波的传播

对弹性波在非均匀介质传播时的波幅进行了研究,用解析方法探讨了非均匀区域性质变化时对弹性波波幅的影响,将非均匀区域离散成薄层,建立了波动方程和波幅传递矩阵,通过数值计算结果与解析解的比较,为弹性波在工程中的应用提供了计算分析的依据.     

一类部分相干光束的焦移特性研究

基于部分相干光的传输方程,研究了光强为高斯分布、空间相干度函数为零阶贝塞尔函数的部分相干光束聚焦的焦移现象.研究结果表明,部分相干光束的焦移不仅依赖菲涅耳数,且依赖光束的相干长度.菲涅耳数越小,焦移量越大;部分相干涡旋光束的相干长度越小,焦移量越大.     

大气湍流对CO2激光雷达成像的影响

系统分析了大气湍流对激光雷达系统的影响，重点研究了湍流导致的目标表面闪烁，利用扩展Ｈｕｙｇｅｎｓ－Ｆｒｅｓｎｅｌ原理建立了大气传播模型，并利用计算机模拟了湍闪烁 成像失真，并提出了提高成像质量的方法。     

大气光传播研究中的湍流谱与间歇性

指出湍流大气中光传播理论分析与数值模拟方法存在的问题,简要分析了湍流谱的适用性与局限性,考察了湍流特征尺度在光传播问题中的作用,构造了与实验结果相符的湍流温度场的间歇性模型,为分析湍流间歇性对光传播的影响奠定了基础     

应用正交离散小波变换提取湍流相干结构

认为相干结构是具有一定脉动强度的大尺度结构.通过正交离散小波变换,在离散小波系数的基础上,定义小波系数的间歇性系数,设定间歇性系数阀值,阀值以上的小波系数参与信号的重构,阀值以下的小波系数赋零处理(相当于过滤小脉动).认为相干结构是强脉动占主导,小脉动的成分最小,小脉动的能量也最小,提出能量比最小准则确定相干结构的尺度.