不同天气条件下蓝绿激光下行跨介质传输特性

摘要

采用蒙特卡洛仿真方法,分析了三种典型天气条件(晴天、层云和卷云)下激光在大气-海气界面-水体中的下行传输特性。结果表明:不同天气条件下经过大气传输到达海面的激光角分布明显不同,晴天时角分布发散很小,层云条件下发散严重,卷云条件下发散明显;晴天与层云条件下到达海面的光斑尺寸接近,而卷云条件下光斑大15%左右。不同天气条件下,激光经过大气、海气界面后角分布表现出不同的特征,晴天时海面使激光角分布发散变大,且随风速的增加发散呈变大的趋势;层云条件下海面使角分布发散变小,且随风速的增加发散呈变小的趋势;卷云条件下激光角分布变化复杂。不同天气条件下,激光经过大气、海气界面、水体后,既有相同特征又有不同之处。当水较浅时,三种天气条件下角分布表现出不同特征,水较深时角分布趋于一致;晴天和层云条件下的光斑尺寸基本不随水深变化,卷云条件下随深度增加明显减小。不同天气条件下光斑中心能量随深度的变化存在一定差异,晴天时平均变化率约为−0.410 dB/m,层云和卷云条件下分别为−0.426 dB/m和−0.413 dB/m。研究结果可为蓝绿激光跨介质通信链路预算、系统设计及参数优化提供参考。