部分相干复宗量拉盖尔-高斯光束通过湍流海洋传输特性的研究

摘要

激光通过湍流传输所造成的光束扩展很大程度上限制了其在传输方面的应用,湍流介质主要包括大气湍流(由温度波动导致的)和海洋湍流(由温度和盐度波动共同引发的)。几十年来,国内外许多学者对光束在湍流大气中的传输特性进行了理论和实验上的研究,表明光束的强度分布、方均根束宽、偏振度、光谱相干度、相对角宽度、质量传输因子等在传输的过程中会受到湍流影响而发生改变,且完全相干光束比部分相干光束在传输时受湍流影响要大。近年来,随着水下光学遥感、通信和成像技术的发展,进一步深入研究海洋传输显得尤为迫切,综合考虑温度和盐度波动的海洋湍流模型的建立为研究海洋传输提供了新的方法,一些学者已经利用该模型对某些光束在海洋中的传输行为进行了研究。本文基于海洋湍流空间功率谱研究了不同光束参数和湍流参数对部分相干复宗量拉盖尔-高斯光束通过海洋湍流的传输过程的影响,所得结果对水下激光跟踪、遥感、光学通信及成像技术有一定的理论参考价值。论文主要工作如下:
　　(1)基于拓展的惠更斯-菲涅尔原理,结合海洋湍流空间功率谱,理论推导了海洋湍流中部分相干复宗量拉盖尔-高斯光束平均强度分布的解析表达式,并数值计算了相干长度和海洋湍流参数对光束强度的影响。
　　(2)基于偏振相干统一理论和拓展的惠更斯-菲涅尔原理,对部分相干复宗量拉盖尔-高斯光束在海洋湍流中传输的偏振度和光谱相干度的理论表达式进行了推导,探讨了不同初始偏振度、光束阶数、y方向的横向相干长度、离轴点、传输距离、波长及湍流参数对通过海洋湍流和自由空间传输的光束偏振度及光谱相干度的影响,并进行了相应的数值计算和分析。
　　(3)基于拓展的惠更斯-菲涅尔原理和维格纳分布函数的二阶矩理论,推导了部分相干复宗量拉盖尔-高斯光束通过海洋湍流的质量传输因子的理论解析表达式,数值计算了不同光束阶数、初始相干长度、束腰宽度及湍流参数对光束通过海洋湍流的传输质量因子的影响,并进行了相应的讨论。

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第一章 绪论

§1.1 激光束在海洋湍流中传输的背景

§1.2 大气传输及海洋传输的重要性

§1.3 复宗量拉盖尔-高斯光束的研究现状

§1.4 论文各章节安排

参考文献

第二章 部分相干复宗量拉盖尔-高斯光束通过海洋湍流的平均光强

§2.1 海洋湍流功率谱

§2.2 2?2交叉谱密度矩阵

§2.3 湍流海洋中传输的部分相干复宗量拉盖尔-高斯光束的光强

§2.4 相应的数值计算和分析

§2.5 小结

参考文献

第三章 部分相干复宗量拉盖尔-高斯光束通过海洋湍流的偏振度和光谱相干度

§3.1光束通过海洋湍流传输的偏振度研究

§3.2 偏振相干统一理论

§3.3 部分相干复宗量拉盖尔-高斯光束通过海洋湍流的偏振特性

§3.4 数值计算与分析

§3.5 小结

参考文献

第四章 部分相干复宗量拉盖尔-高斯光束通过海洋湍流的

§4.1 维格纳分布函数

§4.2 光束 2M -因子的研究背景及意义

§4.3 部分相干复宗量拉盖尔-高斯光束在湍流海洋中传输的 2M -因

§4.4 数值计算和分析

§4.5 小结

参考文献

第五章 总结与展望

§5.1 总结

§5.2 展望

作者在读研期间完成的工作

致谢