部分相干多高斯-谢尔模型光束在各向异性湍流中传输特性的研究

论文摘要

激光束在自由空间光通信、测距、遥感等方面的广泛应用是近年来的一个研究课题,由于受到湍流的影响,导致光束质量严重下降,探究湍流等参数对光束在大气湍流中传输质量的影响是件有意义的工作;光束在大气湍流中传输基于Kolmogorov谱的湍流理论模型虽然已经被广泛采用,然而目前相关实验数据表明,大气湍流中含有各向异性统计特征的区域,Kolmogorov谱湍流模型较难准确的描述实际大气湍流的统计规律;学者们研究表明相比于完全相干光,部分相干光的光强分布更均匀,同时特殊关联结构的部分相干光表现出了新颖的特性,合理选取光束类型以减小大气湍流的影响,对自由空间光通信具有一定意义。鉴于此,本论文基于各向异性湍流起伏折射率功率谱的湍流模型具体研究了多高斯-谢尔模（MGSM）光束和矢量椭圆多高斯-谢尔模（EEMGSM）光束在各向异性湍流中的传输性质。主要的研究内容为:（1）基于广义的惠更斯-菲涅尔（Huygens-Fresenel）原理,推导了MGSM光束在各向异性湍流中传输时的交叉谱密度、相干度、椭圆度以及光束漂移等解析表达式,通过数值计算和分析,探究了初始相干度、腰宽、湍流结构常数等与光束谱密度、相干度、椭圆度以及光束漂移的变化关系,比较了相同条件下MGSM光束和高斯-谢尔模（GSM）光束在各向异性湍流中传输时光束漂移的大小关系,得出了MGSM光束受到大气湍流的影响小于GSM光束的结论。（2）基于维格纳分布函数（Wigner distribution function）和广义的惠更斯-菲涅尔原理,推导了EEMGSM光束在各向异性湍流中传输的光束质量因子（即M2因子）的解析表达式,经过数值计算与分析后,给出了光束的初始偏振度、初始相干度、腰宽、波长和湍流结构常数等与质量因子的变化规律,比较了相同条件下EEMGSM光束和标量椭圆高斯-谢尔模（EMGSM）光束在各向异性湍流中传输时的归一化光束质量因子的大小,得出了EEMGSM光束相比于EMGSM光束大气传输更有优势的结论。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 束杰

导师: 屈军

关键词: 大气光学,惠更斯菲涅尔原理,维格纳分布函数,多高斯谢尔模,各向异性湍流,传输特性

来源: 安徽师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 力学,物理学,无线电电子学

单位: 安徽师范大学

分类号: O357.5;TN24

总页数: 59

文件大小: 2728K

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