發(fā)布時(shí)間：2020-06-09 20:22

【摘要】：大氣氣溶膠對(duì)自由空間激光通信、微波通信以及遙感等技術(shù)的發(fā)展有著重要影響。如何提高激光雷達(dá)對(duì)大氣氣溶膠的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及測(cè)量的效率和精確度成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一�，F(xiàn)有激光雷達(dá)系統(tǒng)通常采用平面波或高斯波束作為光源。渦旋波束是具有螺旋型相位波前和空心環(huán)狀強(qiáng)度分布的特殊光場(chǎng),它攜帶有軌道角動(dòng)量(Orbital Angular Momentum,OAM)在自由空間激光通信和激光雷達(dá)遙感領(lǐng)域存在重要潛在應(yīng)用。為了推廣渦旋波束在上述兩種領(lǐng)域的應(yīng)用,我們需要熟悉大氣氣溶膠與渦旋波束之間的相互作用機(jī)理。本文主要圍繞典型大氣氣溶膠,包括單球氣溶膠粒子、含核氣溶膠粒子和氣溶膠粒子群對(duì)渦旋波束的散射作用的展開(kāi)理論仿真研究。本文的主要研究工作如下:首先,介紹典型大氣氣溶膠模型和廣義Lorenz-Mie散射理論�；趶V義Lorenz-Mie散射理論,研究了平面波、高斯波束入射情況下典型氣溶膠單球粒子的散射特性,分析了大氣中相對(duì)濕度變化對(duì)氣溶膠粒子散射特性的影響。其次,基于拉蓋爾-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)模和厄米-高斯(Hermite-Gaussain,HG)模之間的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換關(guān)系,建立大氣氣溶膠單球粒子對(duì)LG渦旋波束的散射模型。通過(guò)求解LG渦旋波束的單球粒子散射系數(shù),數(shù)值計(jì)算了典型氣溶膠粒子對(duì)LG渦旋波束的雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section,RCS),分析了不同相對(duì)濕度對(duì)大氣氣溶膠與LG渦旋波束相互作用的影響,并與平面波、高斯波束入射情況下的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明:LG渦旋波束對(duì)大氣中相對(duì)濕度的變化較平面波、高斯波束入射情況更為敏感。此外,隨著大氣中相對(duì)濕度的增大,大氣氣溶膠會(huì)吸附水汽并冷凝形成了氣溶膠粒子包覆著一層水的雙層球型結(jié)構(gòu)。在LG渦旋波束的單球散射模型基礎(chǔ)上,研究了氣溶膠含核粒子對(duì)LG渦旋波束的散射作用。數(shù)值計(jì)算了LG渦旋波束正入射氣溶膠含核粒子RCS的雙站結(jié)果,分析了不同徑向模階數(shù)、拓?fù)浜�、粒子尺寸、折射率等參�?shù)對(duì)散射特性的影響。結(jié)果表明:氣溶膠單球與雙層球結(jié)構(gòu)的RCS有明顯區(qū)別,說(shuō)明了在相對(duì)濕度較大的情況下,雙層球結(jié)構(gòu)更為符合實(shí)際。最后,基于LG渦旋波束氣溶膠單球粒子的散射模型,研究了滿足一定空間分布的典型氣溶膠粒子群對(duì)LG渦旋波束的散射作用。討論了相對(duì)濕度變化對(duì)服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布規(guī)律和物理特性的氣溶膠粒子群對(duì)渦旋波束的散射及偏振特性影響。
【圖文】：

l = 0 (e) p = 1,l = 1 (f) p = 1,l = 2(g) p = 2,l = 0 (h) p = 2,l = 1 (i) p = 2,l = 2圖3.1 不同模階數(shù)的拉蓋爾-高斯渦旋波束在源點(diǎn)(z = 0)處的強(qiáng)度分布因?yàn)椴ㄊ鴮挾?201 /Rw z w z z不能直接體現(xiàn) LG 渦旋波束的模階數(shù)的變化，因此它不能準(zhǔn)確描述高階波束的物理強(qiáng)度光板尺寸的變化，Phillips[30]定義了任意階的拉蓋爾-高斯波束的光斑尺寸的半徑，采用強(qiáng)度矩量分析的方法—波束寬度正比于波束的橫截面上功率密度分布的二階矩(方差)。因此，光板尺寸的平方在柱坐標(biāo)系下的具體表達(dá)式為：

(d) LG02圖4.9 不同波束入射條件下的氣溶膠單球、雙層球粒子的偏振度角分布圖 4.9 分別給出了平面波、高斯波束，LG01和 LG02波束入射條件下，氣溶膠單球與雙球粒子的偏振度結(jié)果對(duì)比圖，可以看出，對(duì)于氣溶膠單球粒子，，平面波和高斯波入射情況在 0°~ 140°之間偏振度相同，僅在 140°~ 160°之間出現(xiàn)了差異，而對(duì)于氣溶膠含核粒子而言，其差異性主要體現(xiàn)在 100°左右；隨著拓?fù)浜傻脑黾�，可以看出高階拉蓋爾-高斯渦旋波束入射時(shí)
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN958.98

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2705205