湍流对多色部分相干光总光强分布特性及光束扩展的影响

摘要

理论和实验研究已表明:大气湍流会引起光束扩展,并导致光束质量下降。在实际中,激光束或多或少地要受到光阑的限制。另一方面,多色光束在大气通讯、目标照明等领域有重要的应用。实际激光束又存在部分相干的情况。因此,研究受光阑限制的多色部分相干光束通过湍流大气的传输特性具有重要意义。本文以多色高斯-谢尔模型(GSM)光束为多色部分相干光束的典型例,基于广义惠更斯-菲涅尔原理,研究了大气湍流对多色部分相干光总光强分布特性及光束扩展的影响。本文研究的主要内容为:
　　 (1)分别采用Rytov相位结构函数的二次近似和湍流强起伏模型,并利用将硬边光阑窗口函数展开为复高斯函数叠加的方法,推导出了受光阑限制的多色GSM光束在大气湍流中传输时总光强的表达式。利用数值计算方法详细研究了湍流强度、光束参数对总光强分布的影响。研究表明,光束截断参数、光束相干参数和源光谱带宽越小,大气湍流对受光阑限制的多色GSM光束总光强的影响就越小。特别地,湍流对受光阑限制的多色GSM光束的影响比无光阑限制时要小,并且,湍流对受光阑限制的多色GSM光束的影响比准单色光束的影响要大。
　　 (2)分别采用Rytov相位结构函数的二次近似和湍流强起伏模型,并利用将硬边光阑窗口函数展开为复高斯函数叠加的方法,推导出了受光阑限制的多色GSM光束在大气湍流中的二阶矩束宽表达式。研究表明,传输距离越大,受光阑限制的多色GSM光束的二阶距束宽越大。光束参数对受光阑限制的多色GSM光束在大气湍流中传输时的光束扩展的影响要比在自由空间中的影响小。特别是,当源光谱带宽越大、当光束截断参数和光束相干度越小,湍流对受光阑限制的多色GSM光束扩展的影响就越小。此外,大气湍流对受光阑限制的多色GSM光束扩展的影响比受光阑限制的准单色GSM要小。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 国内外研究现状

1.2 研究内容和意义

1.3 论文各章节安排

第二章 理论基础

2.1 湍流理论

2.1.1 大气湍流

2.1.2 大气湍流参数的测量

2.2 激光在大气湍流中传输研究的基本方法

2.3 硬边光阑光学的计算方法

2.3.1 直接数值积分法

2.3.2 复高斯展开法

第三章 大气湍流对受光阑限制的多色GSM光束总光强分布特性的影响

3.1 采用RYTov相位结构函数二次近似推导多色GSM光束总光强表达式

3.2 采用湍流强起伏模型推导多色GSM光束总光强表达式

3.3 大气湍流对受光阑限制多色GSM光束总光强分布的影响

3.3 本章小结

第四章 大气湍流对受光阑限制的多色GSM光束扩展的影响

4.1 采用RYT0v相位结构函数二次近似推导出二阶矩束宽表达式

4.2 采用湍流强起伏模型推导出二阶矩束宽表达式

4.3 大气湍流对受光阑限制的多色GSM光束二阶矩束宽的影响

4.4 本章小结

第五章 总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的科研成果