湍流大气中部分相干激光波束传输及目标回波特性
发布时间：2021-12-09 23:54
随着空间光通信和激光雷达的发展,湍流大气中的激光传输与目标散射特性在航空、目标探测、激光测距、遥感等方面有重要的应用。本文主要利用广义惠更斯－菲涅尔原理,Kolmogorov折射谱模型及相位结构函数的二次近似,研究部分相干激光波束通过湍流大气的传输及目标散射特性的二阶统计特征。主要成果如下：1、根据广义惠更斯-菲涅尔原理和部分相干光的交叉谱密度函数,推导了湍流大气中部分相干高斯-谢尔（GSM）波束的平均强度、光束展宽、桶中功率以及波束漂移表达式。数值分析了弱湍流大气中阵列孔径接收的孔径平滑因子和强度方差,部分相干高斯-谢尔脉冲（GSMP）波束的平均光谱强度,以及窄带脉冲的时间平均强度及时间展宽。2、基于广义惠更斯－菲涅耳原理和相位扰动占优假设,在单程传输理论基础上,推导湍流大气中部分相干光入射完全漫反射目标,经目标散射后在接收平面的平均强度、协方差、时延协方差、功率谱密度及散斑尺寸表达式。考虑前向湍流和后向湍流的相关条件下,推导了GSM光束通过弱湍流大气的后向散射强度离轴增强因子,研究了后向散射强度增强因子与波源相干长度、波长、目标尺寸及湍流强度变化规律,并且可以退化为平面波和球面波情...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１论文框架示意图??１．４论文创新点??论文主要利用广义惠更斯－菲涅尔原理、部分相干光的交叉谱密度函数结合粗??
ＣＴ，?＝０．００加，完全相干高斯（ＧＢ饼束和部分相干高斯－谢尔（ＧＳＭ）光束在端流和真??空中的归一化光强如图３．１所示。部分相干光的光强分布不集中，比完全相干光引??起的扩展现象严重。部分相干光束在揣流中的光束扩展和峰值相对自由空间传播，??几乎没有变化；而完全相干光在縮流中的光强峰值远远小于在自由空间的峰值。??说明部分相干光受端流的影响小于完全相干光。这与文献［心］给出的结论一致，同??时随着横向距离增大，光强逐渐减弱。??１．〇１?７＼?１?０．０５＾???１???ｆｒｅｅ?ｓｐａｃｅ?／?＼??一一ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ?＼?ＷＧＢ?，?ｂｃｃ?ｓｐａｃｅ?（ｂ）?ＧＳＭ??０．８－?／?＼?？?ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ??／?＼?０．０４－??Ａ?ｓ：八??ｄ．ｄＬ?乂?Ｖ，?ｊ?／?＼??－０．４?－０．２?００?０－２?０．４?－０．４?－０．２?０．０?０．２?０．４??Ｐ（ｍ）?ｐ（ｍ）??（ａ）完全相干光?（ｂ）部分相千光??图３．１完全相干光和部分相干光的归一化光强分布??３０??
?１￣．￣￣＾?０．０－?■??０．００?０．０５?ｐ（ｍ）?〇？＂?化１５?０．００?０－０５?ｐ（ｍ）?０．１０?０－１５??图３．３高斯－谢尔光束随横向距离的变化??图３．２盈示在不同滿流强度下，光强随传播距离的变化情况。设有关参数：??义＝１．０６ｘｌ〇－６ｉｎ，?ｙ〇?＝?０．５ｍ，（Ｔｇ?＝０．００２町Ｗ。＝０．０１ｍ，从图中得出：随着传播距間的增??力口，端流中的光强与自由空间中的光强差别变大，并趋于一定值，并且光强随瑞??流强度的增加而变小，縮流越弱，光强受縮流的影响越小。图３．３（ａ）实线代表端流??Ｇ＝ｌ（Ｔ＂ｍ－２＂，点星线代表自由空间。可Ｗ看出光源的空间相干宽度越小，光强??受端流的影响越小。当〇■＜＝化０１ｍ时，光强在滿流和自由空间中没有什么差别
【参考文献】：
期刊论文
[1]Scintillation of partially coherent Gaussian–Schell model beam propagation in slant atmospheric turbulence considering inner- and outer-scale effects[J]. 李亚清,吴振森,张元元,王明军. Chinese Physics B. 2014(07)
[2]大气湍流中目标尺寸对回波闪烁残余指数影响的数值研究[J]. 王利国,吴振森,王明军. 光学学报. 2014(02)
[3]啁啾脉冲高斯光束在大气湍流中的传输特性[J]. 曾祥梅,段作梁,常凌颖,张美志. 强激光与粒子束. 2013(09)
[4]部分空间和部分时间相干衍射高斯-谢尔模型脉冲光束在大气湍流中的光谱移动和光谱开关[J]. 陈正武,付文羽. 红外与激光工程. 2011(05)
[5]大气湍流和色散导致脉冲展宽的分析比较[J]. 陆红强,赵卫,谢小平. 兵工学报. 2011(04)
[6]部分空间和部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间中的光谱和时间特性[J]. 丁超亮,吕百达. 强激光与粒子束. 2008(11)
[7]地空激光大气斜程传输湍流效应的数值模拟分析[J]. 钱仙妹,朱文越,饶瑞中. 红外与激光工程. 2008(05)
[8]斜程大气湍流中漫射目标的散射特性[J]. 韦宏艳,吴振森,彭辉. 物理学报. 2008(10)
[9]大气湍流对部分相干厄米-高斯光束空间相干性的影响[J]. 陈晓文,汤明玥,季小玲. 物理学报. 2008(04)
[10]部分相干光在湍流大气中传输的研究进展[J]. 钱仙妹,朱文越,饶瑞中. 大气与环境光学学报. 2008(02)
博士论文
[1]湍流大气中激光波束目标回波特性[D]. 王利国.西安电子科技大学 2014
硕士论文
[1]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[D]. 郑宇龙.四川师范大学 2011
本文编号：3531539
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１论文框架示意图??１．４论文创新点??论文主要利用广义惠更斯－菲涅尔原理、部分相干光的交叉谱密度函数结合粗??
ＣＴ，?＝０．００加，完全相干高斯（ＧＢ饼束和部分相干高斯－谢尔（ＧＳＭ）光束在端流和真??空中的归一化光强如图３．１所示。部分相干光的光强分布不集中，比完全相干光引??起的扩展现象严重。部分相干光束在揣流中的光束扩展和峰值相对自由空间传播，??几乎没有变化；而完全相干光在縮流中的光强峰值远远小于在自由空间的峰值。??说明部分相干光受端流的影响小于完全相干光。这与文献［心］给出的结论一致，同??时随着横向距离增大，光强逐渐减弱。??１．〇１?７＼?１?０．０５＾???１???ｆｒｅｅ?ｓｐａｃｅ?／?＼??一一ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ?＼?ＷＧＢ?，?ｂｃｃ?ｓｐａｃｅ?（ｂ）?ＧＳＭ??０．８－?／?＼?？?ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ??／?＼?０．０４－??Ａ?ｓ：八??ｄ．ｄＬ?乂?Ｖ，?ｊ?／?＼??－０．４?－０．２?００?０－２?０．４?－０．４?－０．２?０．０?０．２?０．４??Ｐ（ｍ）?ｐ（ｍ）??（ａ）完全相干光?（ｂ）部分相千光??图３．１完全相干光和部分相干光的归一化光强分布??３０??
?１￣．￣￣＾?０．０－?■??０．００?０．０５?ｐ（ｍ）?〇？＂?化１５?０．００?０－０５?ｐ（ｍ）?０．１０?０－１５??图３．３高斯－谢尔光束随横向距离的变化??图３．２盈示在不同滿流强度下，光强随传播距离的变化情况。设有关参数：??义＝１．０６ｘｌ〇－６ｉｎ，?ｙ〇?＝?０．５ｍ，（Ｔｇ?＝０．００２町Ｗ。＝０．０１ｍ，从图中得出：随着传播距間的增??力口，端流中的光强与自由空间中的光强差别变大，并趋于一定值，并且光强随瑞??流强度的增加而变小，縮流越弱，光强受縮流的影响越小。图３．３（ａ）实线代表端流??Ｇ＝ｌ（Ｔ＂ｍ－２＂，点星线代表自由空间。可Ｗ看出光源的空间相干宽度越小，光强??受端流的影响越小。当〇■＜＝化０１ｍ时，光强在滿流和自由空间中没有什么差别
【参考文献】：
期刊论文
[1]Scintillation of partially coherent Gaussian–Schell model beam propagation in slant atmospheric turbulence considering inner- and outer-scale effects[J]. 李亚清,吴振森,张元元,王明军. Chinese Physics B. 2014(07)
[2]大气湍流中目标尺寸对回波闪烁残余指数影响的数值研究[J]. 王利国,吴振森,王明军. 光学学报. 2014(02)
[3]啁啾脉冲高斯光束在大气湍流中的传输特性[J]. 曾祥梅,段作梁,常凌颖,张美志. 强激光与粒子束. 2013(09)
[4]部分空间和部分时间相干衍射高斯-谢尔模型脉冲光束在大气湍流中的光谱移动和光谱开关[J]. 陈正武,付文羽. 红外与激光工程. 2011(05)
[5]大气湍流和色散导致脉冲展宽的分析比较[J]. 陆红强,赵卫,谢小平. 兵工学报. 2011(04)
[6]部分空间和部分光谱相干高斯-谢尔模型脉冲光束在自由空间中的光谱和时间特性[J]. 丁超亮,吕百达. 强激光与粒子束. 2008(11)
[7]地空激光大气斜程传输湍流效应的数值模拟分析[J]. 钱仙妹,朱文越,饶瑞中. 红外与激光工程. 2008(05)
[8]斜程大气湍流中漫射目标的散射特性[J]. 韦宏艳,吴振森,彭辉. 物理学报. 2008(10)
[9]大气湍流对部分相干厄米-高斯光束空间相干性的影响[J]. 陈晓文,汤明玥,季小玲. 物理学报. 2008(04)
[10]部分相干光在湍流大气中传输的研究进展[J]. 钱仙妹,朱文越,饶瑞中. 大气与环境光学学报. 2008(02)
博士论文
[1]湍流大气中激光波束目标回波特性[D]. 王利国.西安电子科技大学 2014
硕士论文
[1]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[D]. 郑宇龙.四川师范大学 2011
本文编号：3531539
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