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非Kolmogorov大气湍流对径向部分相干阵列光束瑞利区间和湍流距离的影响

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光子学报 2016年第11期45卷 17-24页

作者：柯熙政张雅陈炜西安理工大学自动化与信息工程学院西安710048 江苏海虹电子有限公司江苏扬州225108

基于广义的Huygens-Fresnel原理和非Kolmogorov谱模型,推导了无线光通信系统中径向分布部分相干高斯-谢尔模型阵列光束在非Kolmogorov大气湍流中传输时瑞利区间z_R和湍流距离z_T的解析表达式,对瑞利区间和湍流距离随湍流参量和光束参量... 详细信息

基于广义的Huygens-Fresnel原理和非Kolmogorov谱模型,推导了无线光通信系统中径向分布部分相干高斯-谢尔模型阵列光束在非Kolmogorov大气湍流中传输时瑞利区间z_R和湍流距离z_T的解析表达式,对瑞利区间和湍流距离随湍流参量和光束参量的变化情况进行了数值分析.结果表明:不论是相干还是非相干合成,径向分布部分相干高斯-谢尔模型阵列光束的z_R和z_T均随湍流广义指数α的增大非单调变化,当α=3.11时,z_R和z_T取最小值,此时阵列光束扩展最大;相干合成比非相干合成的光束扩展要小,但其受湍流的影响更大;对于相干合成而言,径向分布半径r0越大,合成光束的z_R和z_T就越大,而非相干合成的z_R和z_T不受r0的影响;不论是相干还是非相干合成,阵列子光束数目对合成光束的z_R和z_T没有影响;当光束相干参量β足够小或波长λ足够大时,大气湍流对阵列光束z_R的影响可以忽略.

关键词：无线光通信径向部分相干阵列光束非Kolmogorov湍流相干和非相干合成瑞利区间湍流距离

湍流对部分相干双曲余弦高斯光束的瑞利区间的影响

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物理学报 2011年第6期60卷 330-334页

作者：季小玲四川师范大学物理系成都610068

推导出了部分相干双曲余弦高斯光束在自由空间和湍流大气中传输瑞利区间的解析公式,并研究了湍流对光束瑞利区间的影响.研究表明,部分相干双曲余弦高斯光束的瑞利区间由湍流强度和光束参数等因数共同确定.湍流使得光束的瑞利区间缩短,... 详细信息

推导出了部分相干双曲余弦高斯光束在自由空间和湍流大气中传输瑞利区间的解析公式,并研究了湍流对光束瑞利区间的影响.研究表明,部分相干双曲余弦高斯光束的瑞利区间由湍流强度和光束参数等因数共同确定.湍流使得光束的瑞利区间缩短,并且湍流越强瑞利区间越短.在自由空间中,瑞利区间随光束相干参数α、光束参数β和高斯束宽w0的增大以及波长λ的减小而增大.但是,α,β和w0越小以及λ越大,瑞利区间受湍流的影响越小.并且,当α,β和w0足够小以及λ足够大时湍流对瑞利区间的影响可以忽略.

关键词：瑞利区间部分相干双曲余弦高斯光束大气湍流自由空间

非Kolmogorov湍流对部分相干环状光束瑞利区间的影响

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激光与光电子学进展 2015年第2期52卷 84-90页

作者：汤明玥李晓庆陈晓文李宾中川北医学院基础医学院四川南充637000 四川师范大学物理学院四川成都610068 川北医学院影像系四川南充637000

求解出了部分相干环状光束在非Kolmogorov湍流中的瑞利区间解析表达式,并研究了湍流参量(广义指数α、内尺度l0、外尺度L0)和光束参数对光束瑞利区间的影响。研究表明,湍流中瑞利区间zR|turb随湍流增强而减小,且始终小于自由空间中瑞利... 详细信息

求解出了部分相干环状光束在非Kolmogorov湍流中的瑞利区间解析表达式,并研究了湍流参量(广义指数α、内尺度l0、外尺度L0)和光束参数对光束瑞利区间的影响。研究表明,湍流中瑞利区间zR|turb随湍流增强而减小,且始终小于自由空间中瑞利区间zR|free;zR|turb随L0(当3.6瑞利区间的影响随相干参数β、束腰w0增大和遮拦比ε、光束阶数M(N)的减小而增大。

关键词：大气光学部分相干环状光束非Kolmogorov湍流广义指数瑞利区间遮拦比

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大气湍流对高斯光束瑞利区间的影响

激光与红外 2015年第11期45卷 1355-1359页

作者：王慧杨军章曦解放军理工大学理学院江苏南京211101

采用Andrews修正谱(M谱),通过解析分析与数值计算研究了相干双曲余弦高斯光束在自由空间和中强度大气湍流中传输时瑞利区间的影响因素。研究表明,大气湍流中激光束的瑞利区间明显小于在自由空间的瑞利区间;相干参数α、光束参数β、大... 详细信息

采用Andrews修正谱(M谱),通过解析分析与数值计算研究了相干双曲余弦高斯光束在自由空间和中强度大气湍流中传输时瑞利区间的影响因素。研究表明,大气湍流中激光束的瑞利区间明显小于在自由空间的瑞利区间;相干参数α、光束参数β、大气湍流内尺度l0及束腰宽度ω0的增加均利于激光束瑞利区间ZR的增大,而光束波长λ的增大及湍流强度C2n的增强将导致瑞利区间ZR的减小;此外瑞利区间ZR受湍流外尺度L0变化的影响较小,而受湍流内尺度l0变化的影响较大,表现出明显的尺寸效应。相关结果与相同条件下运用Von Karman谱计算得出的结论相一致。

关键词：瑞利区间高斯光束大气湍流 Andrews修正谱 Von Karman谱

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大气湍流中激光瑞利区间的高度效应研究

激光与红外 2016年第7期46卷 797-800页

作者：陈毓敏林毅鑫孙泽铭王慧杨军解放军理工大学江苏南京211101

根据大气湍流中激光传输的瑞利区间表达式和***修正谱密度函数(M谱),采用不同的大气湍流强度高度模型,研究沿不同高度链路传输的激光瑞利区间的高度效应。结果表明,随着传输链路高度h的增加和地面附近的折射率结构参数A的减小,瑞利区间Z... 详细信息

根据大气湍流中激光传输的瑞利区间表达式和***修正谱密度函数(M谱),采用不同的大气湍流强度高度模型,研究沿不同高度链路传输的激光瑞利区间的高度效应。结果表明,随着传输链路高度h的增加和地面附近的折射率结构参数A的减小,瑞利区间ZR逐步增加;不同的高度模型计算得出的瑞利区间的变化趋势基本一致。所得结果可为低空大气湍流中的激光通信提供参考。

关键词：瑞利区间大气湍流大气折射率结构常数高度

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大气湍流对部分相干激光瑞利区间影响的研究

激光技术 2016年第3期40卷 456-460页

作者：杨军王慧章曦中国人民解放军理工大学理学院南京210007

为了研究部分相干双曲余弦高斯激光瑞利区间所受到的大气湍流作用的影响,采用解析分析和数值计算的方法,研究了自由空间中瑞利区间所受各种因素的影响,发现激光瑞利区间随光束相干强度、高斯束腰宽度和大气湍流内尺寸的增强而增大,随大... 详细信息

为了研究部分相干双曲余弦高斯激光瑞利区间所受到的大气湍流作用的影响,采用解析分析和数值计算的方法,研究了自由空间中瑞利区间所受各种因素的影响,发现激光瑞利区间随光束相干强度、高斯束腰宽度和大气湍流内尺寸的增强而增大,随大气折射率起伏强度和激光波长的增加而减小。结果表明,湍流内尺寸对瑞利区间的影响较为显著,而湍流外尺寸对瑞利区间的影响作用有限,瑞利区间的大小取决于大气质量和激光本身特性。

关键词：大气光学瑞利区间高斯光束大气湍流自由空间

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湍流对截断光束瑞利区间的影响

西华师范大学学报（自然科学版） 2016年第2期37卷 214-217页

作者：王宇峰陈晓文汤明玥川北医学院医学影像学院四川南充637000 川北医学院基础医学院物理教研室四川南充637000

推导出截断光束在自由空间和湍流中的瑞利区间表达式,并研究了光束参数和湍流强度对瑞利区间的影响。研究发现,湍流中瑞利区间随湍流强度的增大而逐渐减小。另一方面,不论在自由空间还是湍流中,瑞利区间都随相干参数β和δ截断参数的增... 详细信息

推导出截断光束在自由空间和湍流中的瑞利区间表达式,并研究了光束参数和湍流强度对瑞利区间的影响。研究发现,湍流中瑞利区间随湍流强度的增大而逐渐减小。另一方面,不论在自由空间还是湍流中,瑞利区间都随相干参数β和δ截断参数的增大而增大。β和δ取较小值时,湍流对瑞利区间的影响可以忽略不计;而随β和δ的增大,湍流对瑞利区间的影响逐渐增大。

关键词：截断光束瑞利区间湍流截断参数

部分相干平顶光束在非Kolmogorov湍流中的湍流距离

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强激光与粒子束 2015年第1期27卷 33-38页

作者：陈晓文李晓庆李宾中汤明玥川北医学院影像系四川南充637000 四川师范大学物理学院成都610068 川北医学院基础医学院四川南充637000

给出了部分相干平顶光束通过非Kolmogorov湍流传输的湍流距离解析表达式,并研究了非Kolmogorov湍流的湍流广义指数、内尺度、外尺度和光束参数对部分相干平顶光束湍流距离的影响。研究表明：湍流距离随相干参数、束腰、外尺度（当湍流... 详细信息

给出了部分相干平顶光束通过非Kolmogorov湍流传输的湍流距离解析表达式,并研究了非Kolmogorov湍流的湍流广义指数、内尺度、外尺度和光束参数对部分相干平顶光束湍流距离的影响。研究表明：湍流距离随相干参数、束腰、外尺度（当湍流广义指数的取值为3.6~4.0时）的增大而减小;随光束阶数、内尺度的增大而增大;随湍流广义指数先减小后增大,且在湍流广义指数取3.11时存在极小值,即光束扩展的极大值。同时利用湍流广义指数及光束参数,具体比较了湍流距离与瑞利区间的大小,并指出光束参数及湍流广义指数决定了湍流是否在瑞利区间内就能对光束扩展构成明显的影响。

关键词：部分相干平顶光束非Kolmogorov湍流湍流广义指数湍流距离瑞利区间

大气湍流对畸变光束质量以及猫眼光学镜头反射光传输特性的影响

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大气湍流对畸变光束质量以及猫眼光学镜头反射光传输特性的影响

作者：马媛四川师范大学

学位级别：硕士

在许多高功率激光系统中,由于工作介质的增益饱和效应、增益的非均匀性、非线性效应及光阑衍射的影响,使得高功率激光具有振幅调制和相位畸变。研究畸变激光束的传输变换和控制是高功率激光技术领域中的一个重要课题。另一方面,相对于... 详细信息

在许多高功率激光系统中,由于工作介质的增益饱和效应、增益的非均匀性、非线性效应及光阑衍射的影响,使得高功率激光具有振幅调制和相位畸变。研究畸变激光束的传输变换和控制是高功率激光技术领域中的一个重要课题。另一方面,相对于被动探测技术,利用被探测目标携带光学镜头的猫眼效应原理来进行激光主动探测,可以获得更远的探测距和更高的定位精度。由于技术发展和应用需求的牵引,在维和以及现代战争中,激光主动探测的技术及理论研究受到了越来越多的关注。要将高功率激光和激光主动探测技术应用于实际,不可避免地会遇到大气湍流的影响,本论文对此开展了深入的理论研究,主要研究工作包括：1、研究了受光阑限制的振幅调制和相位畸变光束在大气湍流中传输的光束质量。基于广义惠更斯-菲涅尔原理,并利用维格纳分布函数,推导出了受光阑限制的振幅调制和相位畸变光束在大气湍流中传输的瑞利区间ZR和M2因子的解析表达式。以瑞利区间ZR和M2因子作为光束质量的特征参数,研究了大气湍流对光束质量的影响。研究表明,无论在自由空间还是大气湍流中,受光阑限制的振幅调制和相位畸变光束的M2因子都要比受光阑限制的高斯光束的要大。然而,在大气湍流中,如果以瑞利区间ZR作为光束质量的特征参数,则受光阑限制的振幅调制和相位畸变光束的光束质量可能会比受光阑限制的高斯光束的要好。在大气湍流中,随相位畸变参数的变化,受光阑限制的振幅调制和相位畸变光束的瑞利区间ZR和M2因子在描述光束质量上是一致的,但随着振幅调制参数的变化,它们是不一致的。受光阑限制的振幅调制和相位畸变光束受湍流的影响比受光阑限制的高斯光束的要小。相位畸变参数越小,振幅调制参数越大,受光阑限制的振幅调制和相位畸变光束受湍流的影响越小。本文所得结论为高功率激光在大气湍流中传输的相关应用提供了理论基础。2、研究了倾斜离轴部分相干光在大气湍流中经猫眼光学镜头反射的反射光传输特性。采用部分相干光作为主动探测光,并以高斯-谢尔模型(GSM)光束作为部分相干光的典型特例,推导出了GSM光束在大气湍流中经猫眼光学镜头反射在接收面处的平均光强、返回偏差、二阶矩束宽和远场发散角的解析表达式。研究表明,当猫眼光学镜头存在微弱正离焦δmax情况下,轴上光强可达到最大值。猫眼光学镜头焦距越大,所需δmax越大。但是,大气湍流和探测光相干性好坏都不会改变所需δmax值。随着传输距离的增大,相干性越差的探测光的反射光束扩展可以更小,这与部分相干光自由空间传输规律完全不同。如果主动探测光是倾斜离轴的,主动探测光经猫眼光学镜头反射后不能原路返回。返回偏差的绝对值随着相干参数的增大而增大。因此,部分相干光比完全相干光更适合作为主动探测光束。返回偏差的绝对值因光阑效应而明显减小,但返回偏差的绝对值随湍流强度变化为非单调变化。此外,还研究了接收面处反射光的二阶矩束宽和远场发散角随猫眼光学镜头离焦量、光束相干参数和湍流强度的变化。本论文所得结论对激光主动探测技术应用于实际具有意义。

关键词：大气湍流猫眼光学镜头振幅调制和位相畸变的光束倾斜离轴的部分相干光瑞利区间 M2因子光阑传输特性光强特性二阶矩束宽远场发散角