1、編輯ppt大氣湍流中的激光傳輸xXXXXXXXXXxXXXXXXXXX編輯ppt 由于激光特有的高強(qiáng)度、高單色性、高相干性、高方向性等諸多特性，因此在激光通信中有著容量更大、波束更窄、增益更高、抗干擾性更強(qiáng)和保密性更好等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，激光的近地應(yīng)用，如激光通訊、激光測(cè)距、激光制導(dǎo)、激光雷達(dá)等，已得到了很好的發(fā)展。 但大氣湍流引起的折射率隨機(jī)起伏導(dǎo)致激光束光場(chǎng)的隨機(jī)變化，嚴(yán)重限制了不同近地激光工程系統(tǒng)的使用性能。編輯ppt 流體的運(yùn)動(dòng)主要分為層流和湍流，層流屬于規(guī)則運(yùn)動(dòng)，湍流則屬于不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。大氣湍流是大氣中的一種不規(guī)則的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)不規(guī)則的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，湍流上的每一點(diǎn)的壓強(qiáng)、速度、溫度等物理特性都會(huì)隨

2、機(jī)漲落。大氣湍流中空氣密度的無(wú)規(guī)則變化導(dǎo)致了折射率的變化，也就使光在大氣中的傳播不再是線性的。大氣湍流最常發(fā)生的三個(gè)區(qū)域：1、大氣底層的邊界層內(nèi)2、對(duì)流云的云體內(nèi)部3、大氣對(duì)流層上部的西風(fēng)急流區(qū)內(nèi)編輯ppt 熱力原因：地面的太陽(yáng)加熱使暖空氣熱泡上升，形成湍渦。 動(dòng)力原因：地面對(duì)氣流的摩擦拖曳力產(chǎn)生風(fēng)切變，常常演變?yōu)橥牧?。編輯ppt 光波在大氣中傳播所呈現(xiàn)的一切性質(zhì)的改變來(lái)源于空氣折射率的影響，且由于湍流介質(zhì)的隨機(jī)性和復(fù)雜性，我們都必須研究大氣湍流折射率的問(wèn)題。 在光學(xué)波段范圍內(nèi)，對(duì)流層（高度2.5x10-13弱湍流 Cn2Cn26.4x10-17Cn2隨高度的變化實(shí)驗(yàn)值近地面的大氣湍流狀態(tài)會(huì)隨

3、著地面狀況和天氣而有所變化。編輯ppt1大氣閃爍（光強(qiáng)起伏）大氣閃爍（光強(qiáng)起伏） 定義為激光傳播一定距離后，在探測(cè)器平面上光密度在空間和時(shí)間上的變化。這種信號(hào)的起伏是激光在傳播時(shí)，沿途溫度變化引起大氣折射率變化的緣故。大氣信道各部分就像棱柱和透鏡，如果在湍流大氣中與光源相距一定距離處測(cè)量光的強(qiáng)度，會(huì)出現(xiàn)光強(qiáng)I隨時(shí)間圍繞平均值做隨機(jī)起伏的現(xiàn)象。 因?yàn)楣鈴?qiáng)起伏是影響工作于大氣環(huán)境中系統(tǒng)性能的一個(gè)重要參量，所以人們希望預(yù)測(cè)光強(qiáng)起伏的大小。光強(qiáng)起伏的理論和實(shí)驗(yàn)研究一般主要集中在閃爍方差和閃爍概率密度上。編輯ppt2相位起伏和到達(dá)角起伏相位起伏和到達(dá)角起伏激光在均勻介質(zhì)中傳播具有均勻波前：而在湍流大氣中

4、傳播時(shí)則由于光束截面內(nèi)不同部分的大氣折射率的起伏，將導(dǎo)致光束波前的不同部位具有不同的相移，這些相移導(dǎo)致隨機(jī)起伏形狀的等相位面。這種相位形變導(dǎo)致光束波前到達(dá)角的起伏，從而也導(dǎo)致像點(diǎn)抖動(dòng)。編輯ppt3光束漂移光束漂移主要起因于大尺度渦旋折射率的作用。 如果在接受平面上，取一個(gè)足夠短的觀察時(shí)間，我們可以看到一個(gè)直徑為s的被加寬的光斑被折射而偏離了一個(gè)距離c。接受平面上則會(huì)觀察到一個(gè)均方直徑為L(zhǎng)2=s2+c2的大光斑。稱s為短期平均光斑半徑，L為長(zhǎng)期光斑半徑，c為平均束漂移量。編輯ppt4光束擴(kuò)展光束擴(kuò)展 所謂光束擴(kuò)展是指接收到的光斑半徑或面積的變化。湍流大氣中傳播的激光光斑在時(shí)刻漂移著，如果我們長(zhǎng)時(shí)

5、間觀測(cè)（或觀察光斑的長(zhǎng)曝光照片），因光斑漂移引起的累加效果會(huì)形成比瞬時(shí)光斑（短曝光光斑）大得多的彌散斑，這通常稱為長(zhǎng)時(shí)擴(kuò)展。而湍流大氣的影響也會(huì)使激光束的瞬時(shí)光斑擴(kuò)大，通常稱為短時(shí)擴(kuò)展。湍流大氣中的短曝光光斑圖像編輯ppt可以看出傳輸路徑上的大氣湍流使高斯光束發(fā)生畸變，隨著湍流強(qiáng)度的加強(qiáng)，湍流湍流造成的相位幾畸變會(huì)變大，湍流對(duì)激光影響也會(huì)加強(qiáng)，甚至出現(xiàn)光斑分裂等現(xiàn)象。編輯ppt 1 擴(kuò)大發(fā)射光束的發(fā)散角來(lái)克服光束漂移帶來(lái)的問(wèn)題。 2 用高功率發(fā)射器來(lái)補(bǔ)償由于激光束發(fā)散和激光閃爍所造成的損失。 3 用自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)補(bǔ)償波前相位畸變，提高空間光學(xué)系統(tǒng)的質(zhì)量。 通過(guò)對(duì)畸變的相位進(jìn)行重構(gòu)，來(lái)降低接受面

6、上的光強(qiáng)起伏和相位起伏。 4 采用多光束發(fā)射。使不同光束通過(guò)不同的湍流渦旋，使光束之間有相互補(bǔ)償?shù)目赡苄裕瑥亩档痛髿馔牧髟斐傻母鞣N影響。編輯ppt美國(guó)AstroTerra 公司的發(fā)射裝置編輯ppt考慮n束參數(shù)相同但互不相干的光照射到擴(kuò)展目標(biāo)上去的情況。n束所形成的光斑光強(qiáng)的平均起伏為： niincnII11若各束光的起伏互不相關(guān)，且假定每束光光強(qiáng)的起伏方差為I2，則有：221InIn 即n束互不相關(guān)的光疊加后所形成的對(duì)數(shù)光強(qiáng)起伏方差與單束光的對(duì)數(shù)光強(qiáng)起伏方差相比方差減小了n倍。編輯ppt 對(duì)于利用多光束客服光束漂移方面，采用多光束之后，即使有部分光超出了接收探測(cè)器的范圍，由于光束之間互不相關(guān)，其余的光束也有可能進(jìn)入探測(cè)器范圍內(nèi)，進(jìn)而減少光束漂移帶來(lái)的負(fù)面影響。如果n束參數(shù)相同的光經(jīng)過(guò)湍流之后傳輸?shù)侥繕?biāo)面上，n束光所形成的光斑的重心為各束光各自光斑重心的疊加： nicicnxnx11若各束光的漂移互不相關(guān)，并且假設(shè)每束光的光斑重心漂移的方差為2，則n束光疊加之后的光束漂移方差： ninn1221即n束漂移互不相關(guān)的光疊加后所形成的光斑重心漂移與單束光的光斑重心漂移相比，方差減小了n倍。編輯ppt發(fā)射處的光強(qiáng)分布真空傳輸2km后的光強(qiáng)分布經(jīng)過(guò)Cn2=2x10-17m-2/3真空傳輸2km后的光強(qiáng)分布 四束原本分開(kāi)的激光