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.     

增益及密度同时作随机起伏对流动型气体激光器光束质量的影响

在合理的简化条件下,推导了在增益及介质密度同时作随机起伏时使激光光束质量劣化的表达式.     

几何光学近似区的相位起伏和幅度起伏

研究了几何光学近似区的相位起伏和幅度起伏.分三种模型:平面波、球面波和高斯光束,Tatarskii给出了平面波的结果,本文进一步给出了球面波和高斯光束的结果.对于平面波和球面波,考虑了在几何光学近似区,发射端的相位扰动如何影响接收端的幅度起伏;对于高斯光束,考虑了发射端自适应光学共轭相位对接收端的幅度起伏的影响.结论是:对于平面波,只有折射率不均匀媒质的相位起伏的曲率项对幅度起伏有贡献,只有发射端的相位扰动的曲率项能影响总体的幅度起伏;对于球面波,折射率不均匀媒质相位起伏的倾斜项和曲率项共同对幅度起伏有贡献,只有发射端相位扰动的曲率项能影响总体的幅度起伏;对于高斯光束,折射率不均匀媒质相位起伏的倾斜项和曲率项共同对幅度起伏有贡献,发射端的自适应光学共轭相位的倾斜项和曲率项共同作用于总体的幅度起伏.     

湍流大气中激光束抖动频率相关函数和降雨大气中激光束到达角起伏

一、引言 激光束在洁净大气中传播时，由于湍流的影响，光束波阵面到达角将作随机起伏，光束整体将作随机抖动。这些湍流效应严重影响激光大气通信和大气参数的光学法探测，所以人们对此作了大量研究。但是，对激光束在雨和湍流同时存在时传输的到达角起伏和湍流大气中双频光束抖动相关函数研究很少．而这些问题在实际工程应用中常涉及到。     

高斯光束在大气湍流中的数值模拟和光强起伏

为了分析大气湍流对高斯光束产生的光强起伏现象,采用相位屏的方法,模拟出高斯光束经过大气湍流后在接受面上的光场分布情况,然后对模拟出的光场进行分析得到光强起伏的方差,并与理论得到的静态统计量进行分析比较,在一定程度上得到了较好的吻合。这一结果对各种近地激光应用是有帮助的。     

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.     

湍流效应对大气激光信号传输影响的仿真分析

分析和研究了大气湍流对激光信号传输时所产生的光束漂移、强度起伏以及到达角起伏等效应进行了理论分析,并在此基础上分析了不同参数条件下上述各种效应所体现出来的特性,为激光大气通信在大气湍流效应分析方面提供了一定的依据.     

厄米-余弦-高斯光束通过像散透镜的焦开关

应用惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,研究了厄米-余弦-高斯光束通过像散透镜后的焦开关现象.数值计算结果表明,厄米-余弦-高斯光束通过有像散透镜的光学系统,在像散参数和光束菲涅耳数一定时,改变光学系统几何参数δ(即光束入射面到透镜的距离与透镜焦距之比),不仅在δ=1.O时发生通常所说的焦开关现象,而且在δ≠1.O时的其他位置也可以产生焦开关现象,即焦开关现象不仅可以在几何焦点处产生,也可以在几何焦点右侧或左侧产生.讨论了光束参数对焦开关的产生及其位置的影响;分析研究了在给定光束参数和光束菲涅耳数条件下,光学系统几何参数δ取不同值时,厄米-余弦-高斯光束通过像散透镜后的相对焦移随像散参数的变化规律.结果表明,可以通过改变光束参数和像散参数来控制焦开关发生的位置和产生焦开关的次数.     

湍流谱中高频"泵浦"对激光大气传输影响的数值模拟研究

当湍流不稳定时,在折射率谱的高频端会出现特殊的能量注入而形成狭窄的高频"泵浦(bump)",结构.采用数值模拟的方法研究分析了该高频bump结构的性质及其对激光大气传输的影响.数值模拟结果表明:高频bump的存在使得光强起伏功率谱的高频端出现了尖峰结构并伴有次频成分;随着折射率谱中bump强度的增大,光强起伏功率谱的高频端渐渐偏离-8/3幂律而下降速度减慢;高频bump还使得光束发生扩展,光束有效半径随bump强度的增大而先增大后减小最后趋于一稳定值,光束有效半径随bump宽度的增大而增大,最大的光束有效半径可以达到不存在bump时光束有效半径的数倍.     

光纤偏振模色散的不稳定性

分析了偏振摸色散波动的机理,探讨了光纤铺设、天气条件对PMD波动的影响:一般海底光缆和地下光缆因受环境影响比较小,所以PMD波动较小,易于补偿;架空光缆因受环境影响比较大,尤其受气温变化的影响较大,所以PMD波动也较大,对其补偿要困难一些。在设计的偏振模色散补偿系统时,应该考虑具有足够的自动调节的补偿量,其调节速度也应该达到PMD的波动速度。     

A Fully Three-Dimensional Atomistic Quantum Mechanical Study on Random Dopant-Induced Effects in 25-nm MOSFETs

A fully 3-D atomistic quantum mechanical simulation is presented to study the random dopant-induced effects in nanometer metal-oxide-semiconductor field-effect transistors. The empirical pseudopotential is used to represent the single particle Hamiltonian, and the linear combination of bulk band method is used to solve the million atom Schrodinger equation. The gate threshold fluctuation and lowering due to the discrete dopant configurations are studied. It is found that quantum mechanical effects increase the threshold fluctuation while decreasing the threshold lowering. The increase of threshold fluctuation is in agreement with the researchers' early study based on an approximated density gradient approach. However, the decrease in threshold lowering is in contrast with the density gradient calculations.     

湍流大气外尺度对波束地-空传播闪烁影响研究

根据在中度和强湍流大气条件下引入空间频率滤波函数的修正Rytov方法,从理论上给出了地-空斜程路径上从弱到强起伏下包含湍流内、外尺度效应的激光高斯波束闪烁指数模型.该模型在相应的条件下分别可转变为波束波水平视距路径传播的闪烁模型和平面、球面波的闪烁指数模型.应用该模型,分析了湍流内、外尺度对波束波地-空路径传播时闪烁指数的影响.结果表明,在中度起伏条件下,内尺度对闪烁的影响是相当显著的,而外尺度的影响较小;从中到强起伏区,随着湍流强度的增加或传播距离的增加,外尺度影响逐渐的增大;在强起伏区,外尺度的影响已达到与内尺度影响具有同样的程度.因此,对于光波束在较强湍流中传播或在大气中传播路径较长时,对光波束闪烁预测不但要考虑内尺度效应,而且也要考虑外尺度效应.     

Process-variation- and random-dopants-induced threshold voltage fluctuations in nanoscale CMOS and SOI devices

In this paper, we investigate the threshold voltage fluctuation for nanoscale metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) and silicon-on-insulator (SOI) devices. The threshold voltage fluctuation comes from random dopant and short channel effects. The random-dopant-induced fluctuation is due to the random nature of ion implantation. The gate-length deviation and the line-edge roughness are mainly resulted from the short-channel effect. For the SOI devices, we should also consider the body thickness variation. In our investigation, the metal gate with high-κ material MOSFET is a good choice to reduce fluctuation of threshold voltage when comparing to the poly gate MOSFET and thin-body SOI devices.     

Smoothing of PV power fluctuations by geographical dispersion

The quality and the reliability of the power generated by large grid‐connected photovoltaic (PV) plants are negatively affected by the source characteristic variability. This paper deals with the smoothing of power fluctuations because of geographical dispersion of PV systems. The fluctuation frequency and the maximum fluctuation registered at a PV plant ensemble are analyzed to study these effects. We propose an empirical expression to compare the fluctuation attenuation because of both the size and the number of PV plants grouped. The convolution of single PV plants frequency distribution functions has turned out to be a successful tool to statistically describe the behavior of an ensemble of PV plants and determine their maximum output fluctuation. Our work is based on experimental 1‐s data collected throughout 2009 from seven PV plants, 20 MWp in total, separated between 6 and 360 km. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

湿度起伏对可见光波段Cn^2影响的再研究

用Li7500 CO_2/H_2O分析仪直接测量了近海边湿度起伏数据,结合温度脉动仪和超声风速计测量的数据,计算出湿度、温度和温湿相关项的结构常数,研究了湿度起伏对C_n~2的影响。结果表明:对于可见光,相对于温度起伏而言,湿度起伏和温湿相关项的贡献都很小。实验期间不论是白天还是夜晚,都有与Kolmogorov-5/3谱相近的温度谱和湿度谱存在,并且,在低波数区出现-1次方谱幂率,绝大部分湿度谱幂率值处于-5/3±0．2的区间内。     

开放的梯型系统中相位涨落的影响

给出了有驱动场位相涨落的开放的梯型无粒子数反转激光（LWI）系统增益、色散和布居数差的定态解析解，进而用得到的数值计算结果分析了驱动场位相涨落对增益、色散和布居数差的影响。研究结果表明，驱动场位相涨落将导致有限线宽；随着线宽的增加，系统增益单调地减小，但系统色散的变化并不是单调的，当线宽取某个值时，色散有极大值；线宽的变化不能导致无反转激光向反转激光的转变。     

一种分布式发电功率时间序列波动性量化评估方法

未来智能电网将接纳越来越多的分布式能源,而分布式能源的广泛接入具有提高系统的能源效率、经济性、韧性以及可持续性的潜力。然而,以风力发电和光伏发电为主的分布式能源由于其固有的波动特性,在大规模接入电网时会给系统带来诸多问题。因此,定量刻画分布式发电功率的波动性对于现代电力系统而言至关重要。基于此,该文借助时间窗、包络线和勒贝格积分,通过提取分布式发电功率中高频信息和变化趋势的波动性特征,定义了量化分布式发电功率波动性的指标——波动率。通过检验风电功率时间序列的波动性、验证平滑效应以及与预测误差和已有指标进行对比分析,验证了所提出的波动率在衡量分布式发电功率波动性的有效性。     

电源瞬时波动对微机的影响及防护

电源瞬时波动是一种严重的电磁干扰源,能对微机产生严重的干扰和破坏。分析了电源瞬时波动形成的原因及其对微机系统的影响,提出了采用稳压电源、不间断电源和后备电源等防护措施,在此基础上,重点研究了利用系统本身功能消除电源瞬时波动造成影响的具体方法。     

器件的非理想化对光纤陀螺精度的影响

为了提高开环光纤陀螺的测量精度,研究了干涉式开环光纤陀螺系统中元器件的非理想化对陀螺精度的影响.根据光纤陀螺系统的结构特点,给出了陀螺系统不同元器件的矩阵模型,导出了开环陀螺的输出表达式,重点分析了光源偏振度和输出光功率波动、耦合器分光比波动以及系统中光纤尾纤熔接点对轴误差造成的偏振误差.研究结果表明,在诸多影响因素中,光源波动对陀螺系统的影响最大,耦合器分光比波动次之,熔接点对轴误差的影响最小.