地球大气介质对激光束反射

在研究激光大气传输中,不仅要考虑吸收和散射损耗,还应研究大气反射损耗。为此,根据大气介质的分布规律可得到计算大气反射率的理论公式。大气对激光束反射,与大气介质折射率分布特性有关。实际上,地球大气介质折射率近似为球面对称分布,n=n(r)。     

大气折射率分布与激光传输轨迹的关系

本文对矢量形式的光线微分方程进行求解,给出激光信号在地球大气球面对称媒质中传输的轨迹方程。将影响激光大气传输轨迹的大气折射率,取为伽马型分布。并为计算提供一种可行的途径。     

脉冲激光大气传输热晕数值分析

由于大气通道上介质对激光能量的吸收,改变了大气折射率,形成自散焦负透镜,从而产生热晕。热晕使激光发生畸变,限制了激光能量在大气中的有效传输。以准直高斯光束为例,模拟单脉冲和序列脉冲激光大气传输,对均匀风场和无风两种情况下激光在不同靶程光束截面的光强分布进行了数值分析。结果表明：长脉冲比短脉冲受到非线性热晕效应影响大;序列脉冲存在一个最优化脉冲间隔,使上靶光强存在20%~30%的涨幅。最后,在没有采用自适应光学系统对畸变进行补偿的情况下,提出了采用脉冲间隔适当的序列短脉冲传输来提高激光传输能量的方法。     

激光雷达大气波导折射率与消光系数研究

利用激光雷达探测大气波导具有抗电磁干扰能力强、保密性高、机动性强等优点,大气折射率和消光系数是激光传输情况的重要参考指标.文中采用激光后向散射式测量仪对1.064 μm波长激光大气传输的消光系数进行测量,并同步测量温度、湿度和大气压强来测量大气折射率,用实验数据和仿真研究激光雷达传输消光系数与大气折射率之间的相关性,结论表明二者之间存在线性关系相关,可为激光探测技术提供理论和实验参考.     

大气湍流对舰载激光通信中光能量分布的影响

针对激光在洋面上大气湍流中传输时,光能量分布发生变化,影响激光通信质量。本文基于大气光通信信道模型,对激光在大气湍流中的传输进行模拟,分析大气折射率结构常数、传输激光的波长,传输距离对光能量分布的影响,并用MATLAB对其影响进行了数值模拟。结果表明：在仅考虑大气湍流对激光传输影响的条件下,传输激光的波长对光能量分布具有重要影响。     

准直脉冲激光大气传输热晕数值分析

大气通道上介质对激光部分能量的吸收,导致大气折射率的改变,形成自散焦负透镜,产生热晕．使激光发生畸变,限制了激光能量在大气中的有效传输．以准直脉冲高斯激光束大气传输为例,数值分析了热晕对由光束的声传递时间（即流体动力学时间）定义的两种脉冲长、短脉冲大气传输的影响：长脉冲受到非线性热晕效应影响很大,光束截面上光强发生了重新分布,轴上光强凹陷,峰值光强向周围扩展;短脉冲主要受到线性吸收的作用,受到的非线性热晕效应影响很小．提出了采用脉冲间隔适当的序列短脉冲传输来提高激光传输能量的方法．     

基于多波长激光探测海洋大气波导机理及实验研究

海洋大气波导是能够影响侦察预警探测装设备和常用民用航型保障设备的重要大气环境因素。本文采用一种基于激光探测遥感探测大气波导的技术,通过分析计算典型海洋大气多波长激光传输特性、光波波段折射率结构常数与激光探测大气波导机理模型。同时通过自主研制的激光雷达在三亚等地进行大量实践大气波导探测,并同步开展探空气球探测低空100m范围内的温度和湿度剖面,采用温度和湿度剖面获取折射率剖面和激光传输的消光系数垂直分布以及光波段的折射率结构常数分布,实验分析初步表明用激光探测大气波导尤其是海上大气波导尤其是蒸发波导的可行性。     

第四章 激光传输技术

激光传输是研究激光束与传输介质相互作用的一门技术 ,其主要任务是通过对传输介质光学性质的研究 ,揭示激光束的传输特性和规律。与其他激光技术一样 ,也是影响激光工程应用的重要因素之一。前面所述的激光单元技术的目的在于从各个侧面提高激光束的质量 ,传输技术则是通过对传输介质光学特性的研究尽可能地保持激光束的质量而不受传输介质的破坏。激光传输介质可分为天然介质(如大气、水 )和人工介质 (如各种光波导、光纤等 )。地面大气层中激光信息系统涉及激光大气传输技术 ,激光水下探测涉及激光水下传输技术 ,光纤通信网涉及光纤传输…     

高斯光束通过非线性梯度折射率透镜的传输特性

基于无像差自聚焦理论,使用ABCD定律导出了高斯光束在非线性梯度折射率介质中的解析传输公式。采用矩阵光学方法研究了高斯光束通过非线性梯度折射率透镜的传输特性。结果表明,介质的非线性性和非均匀性、激光功率及入射光束参数影响其传输特性。     

舰载激光通信中大气对激光远场光强分布的影响

在舰载激光通信系统中,激光远场光强分布对系统通信质量的提高具有重要影响。利用所建立的激光远场光强分布模型和1.06 μm激光大气传输特性,研究了大气能见度对激光远场光强分布的影响。结果表明：在不考虑大气湍流影响的条件下,能见度越高,光强衰减越小;在只考虑大气湍流影响的条件下,传输激光的波长,大气折射率结构常数,对激光远场光强分布具有重要影响。     

大气气溶胶对激光传输衰减的影响研究

在大气气溶胶类型、谱分布的基础上,利用Mie散射理论计算气溶胶在可见光和近红外波段的散射和衰减特性,讨论分析了大气气溶胶对可见光和近红外波段激光传输衰减的影响,计算结果表明,激光传输在很大程度上受粒子的折射率和谱分布的影响;不同类型气溶胶粒子具有不同的折射率和谱分布参数,从而决定了其具有不同的散射和吸收特性;气溶胶粒子的数密度越大,其衰减和散射能力就越强,对激光传输的衰减也就越大;但前后向散射的不对称性只与气溶胶谱分布有关,与数密度无关.所得出的结论有助于准确评估大气气溶胶对激光传输的影响以及提高激光传输、通信和激光测风等应用.     

大气湍流对激光传输的影响

为了研究大气湍流对激光传输的影响,以大气湍流的激光传输效应为基础,建立了激光到达接收面的光强分布模型.模型考虑了折射率结构常数、传输距离、发射面和接收面孔径以及湍流引起的光束展宽等参数,分析这些参数对接收面光强分布的影响,以此研究大气湍流对激光传输的影响,并提出降低湍流影响采取的措施.     

高斯光束大气传输规律的数值分析

为了分析光束传输与大气参量如大气能见度、折射率结构常数和激光自身参量如激光的波长、光束腰斑半径的关系,以高斯光束为例,推导了其远距离传输规律,采用数值模拟的方法分析了各因素对传输轴上和截面上光强分布的影响。结果表明,一旦激光发射系统的特征参量和大气传输效应的特征参量确定,就可判断激光大气传输的效果。这一结果为激光工程应用的可行性及系统参量的优化设计提供了依据。     

激光大气折射率结构常数测量实验与分析

在相距600 m的两地进行了静态激光大气传输实验,并对接收到的光强和光束到达角起伏进行记录.以每10min所记录的数据作为样本,计算出光强起伏方差和到达角起伏方差,并根据理论孔径平滑因子计算出点接收时的光强起伏方差,再分别根据光强起伏方差和到达角起伏方差计算出大气折射率结构常数.最后,得到一天之内大气折射率结构常数的变化曲线,并分析得出大气折射率结构常数在早晨和傍晚存在极小值.     

海上厄米-高斯光束激光大气传输特性

为了研究大气传输效虚对海上激光远场光强分布的影响,以厄米-高斯(H-G)光束的传输为例,建立了激光到达接收面的光强分布模型.根据广义惠更斯-菲涅耳原理,对TEM00模和TEM10模光束在不同大气折射率结构常数、传输距离和传输激光波长条件下的光强分布特性进行数值模拟.结果表明,在确定了大气传输效应的参量和光束参量之后,就可以判断出激光远场光强分布特性.     

湍流尺度对大气激光通信系统误码率的影响

介绍了采用多光束传输技术的激光通信系统模型,分析了考虑湍流内尺度条件下,大气湍流对系统误码率造成的影响.根据激光在大气湍流场中的传输方程和修正Rytov方法的光强闪烁理论,主要探讨了在考虑湍流内尺度效应的条件下,湍流内尺度、传输激光的波长以及大气折射率结构常数对系统误码率的影响.用MATLAB对其影响进行了数值模拟,并对结果进行了具体分析.结果表明:在中强起伏区,湍流内尺度对系统的误码率具有重要影响,在相同Rytov方差条件下,湍流内尺度越小,系统误码率越高;同时误码率还随着传输激光的波长以及大气折射率结构常数等的变化而变化.     

不同环境下光强起伏测量与传输特性研究

利用大孔径闪烁仪对公路环境和近海面环境进行了 4次链路长分别为1.4km和0.9km的激光传输 特性测试, 研究激光在两种环境下的传输特性以及它们之间存在的差异。在实测数据基础 上,分析了大气折射率结构常数和Rytov方差的变化规律,得出公路环境与近海面环 境下湍流强弱程度和光强起伏程度的差异;通过对孔径平均效应影响下的光强信号 分析,研究了不同传输环境下激光的传输特性。本文所得到的结论将有助于大气光学研究 以及无线光通信系统设计。     

舰载激光通信传输仰角误差分析与评估

阐述了对流层不同波长激光的大气折射率。基于几何光学的方法,用球面分层和平面分层两种大气分层模式对激光在对流层中传输路径以及产生的仰角误差进行分析。用MATLAB进行了仿真方法,得出了传输仰角误差角与传输高度、起始仰角和激光波长的关系,并给出了两种分层模式的应用条件。     

水下激光传输

由于大气的折射率主要与温度有关，温度的变化引起最终导致小范围内干涉效应(即闪烁)的折射率变化，最初的温度变化直接与大气的稳定状态有关。因此，大气参数太阳日或天气的变化激光传输有影响。     

远距离物体的全息记录

远距离物体的全息记录远距离物体的观察和记录是激光定位的一个重要课题。远距离物体主动激光定位的光学方法一般使用望远镜系统。然而实现这种方法起码会遇到两个问题。第一个问题与激光束传输线路上大气层的湍流有关。湍流的存在导致激光信号传输介质折射率起伏，从而产...