部分相干光在湍流大氣中傳輸?shù)钠穸茸兓芯?pdf

1、隨著激光技術(shù)的發(fā)展,激光在大氣中的應(yīng)用正受到世界各國(guó)的廣泛重視,如激光雷達(dá)、大氣激光通信、激光能量傳輸和激光測(cè)距等。當(dāng)激光在大氣中長(zhǎng)距離傳播時(shí),由于大氣的影響,相干度、亮度會(huì)下降,光束會(huì)發(fā)散、抖動(dòng),許多物理性質(zhì)會(huì)改變,激光的優(yōu)點(diǎn)被大大地消蝕。大氣湍流引起的折射率隨機(jī)起伏將導(dǎo)致光場(chǎng)的隨機(jī)變化,會(huì)嚴(yán)重限制各種激光系統(tǒng)的使用性能,決定著激光系統(tǒng)的技術(shù)可行性。近年來(lái),人們對(duì)部分相干光在自由空間和湍流介質(zhì)中的傳輸進(jìn)行了廣泛深入的研究,取得了許多成

2、就。其中,光的偏振特性是非常引人注目的研究課題,研究光束在湍流介質(zhì)中傳輸時(shí)整個(gè)空間光束偏振度的變化是非常重要的,它對(duì)自由空間中的光通信以及高功率激光光束在大氣中的傳輸?shù)染哂兄匾膶?shí)際應(yīng)用意義。 論文介紹了偏振度的基本概念和大氣湍流的理論基礎(chǔ)知識(shí),以高斯謝爾模型光束為例,根據(jù)惠更斯-菲涅耳原理,推導(dǎo)了光在大氣湍流中傳輸時(shí)偏振度的表達(dá)式,以及在不同大氣湍流模型下偏振度的遠(yuǎn)場(chǎng)近似公式。通過(guò)理論分析發(fā)現(xiàn),在自由空間中遠(yuǎn)場(chǎng)的偏振度和源平面

3、內(nèi)的光源參數(shù)和湍流參數(shù)有關(guān),而在湍流介質(zhì)中,當(dāng)光束經(jīng)過(guò)一定距離的傳輸后,光束的偏振度只與光束在源平面的偏振度有關(guān),并且等于在源平面的偏振度,而與光束的譜相干度和大氣湍流都是無(wú)關(guān)的。 論文還計(jì)算分析了遠(yuǎn)場(chǎng)偏振特性和近場(chǎng)偏振特性,分析了波長(zhǎng)、折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)以及光斑尺寸等參數(shù)在近場(chǎng)處對(duì)光束偏振度變化的影響。結(jié)果表明,光束在傳輸過(guò)程中,當(dāng)初始偏振度比較小時(shí),偏振度有兩次趨于0點(diǎn)的過(guò)程,隨著初始偏振度不斷增大,偏振度的兩個(gè)零點(diǎn)不斷靠近,并

4、最終重合,初始偏振度再增大,偏振度不再有零點(diǎn),遠(yuǎn)場(chǎng)的偏振度趨于初始偏振度；波長(zhǎng)對(duì)偏振度的變化范圍沒(méi)有影響,當(dāng)波長(zhǎng)越長(zhǎng)時(shí),偏振度在近場(chǎng)變化的越快,但是它趨于初始偏振度的過(guò)程卻越慢；大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)越大,偏振度變化越慢,隨著大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)不斷增大,偏振度的兩個(gè)0點(diǎn)間的距離逐漸減??；對(duì)于不同的光斑大小,偏振度的變化隨著光斑的增大趨于緩慢,光斑越小,偏振度在短距離內(nèi)的變化越明顯。 偏振度的遠(yuǎn)場(chǎng)近似與數(shù)值計(jì)算結(jié)果相符。所有的結(jié)論對(duì)激