本文關(guān)鍵詞：多功能長光程湍流池設(shè)計研究

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【摘要】：激光通信有著保密性強、抗干擾性強、傳輸速度快和功耗低等優(yōu)點,已經(jīng)成為目前無線通信領(lǐng)域最為活躍的研究方向之一。實現(xiàn)空間激光通信,將對我國在信息時代的今天掌握主動權(quán)以及推動信息化產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展等有著重要意義。由于光束在大氣里傳播時會受到大氣湍流干擾,研究激光光束在大氣中傳輸特性已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。然而,外場實驗條件下激光通信實驗存在可重復(fù)性差、資源耗費大等缺點,因此,研制室內(nèi)湍流發(fā)生裝置具有重要的現(xiàn)實意義與研究價值。本文首先通過分析和比較了國內(nèi)外大氣湍流發(fā)生裝置,并根據(jù)冷、熱風(fēng)式的復(fù)合氣流原理研制了一種具有溫度、風(fēng)速以及光程均可調(diào)節(jié)的多功能室內(nèi)大氣湍流發(fā)生裝置。其次,為了達到在有限體積的湍流池內(nèi)實現(xiàn)激光長距離傳輸目的,將改進的Herriott cell型光學(xué)長程池應(yīng)用到本湍流發(fā)生裝置當(dāng)中,并利用PID控制技術(shù)對湍流池內(nèi)的溫度進行精確地控制,在達到最大傳輸100m距離的同時又克服了大氣湍流發(fā)生裝置中的滯后性、大慣性等缺點。最后,利用光束分析儀測量不同溫度下的光束質(zhì)量因子M2以及光強波動和到達角的方法測量湍流內(nèi)尺度0l,分別通過Tatarskii湍流理論以及Hill湍流理論模型計算得到了結(jié)構(gòu)常數(shù)2nC。結(jié)果表明,大氣折射率的改變對激光光學(xué)特性的影響起到了主要作用,大氣密度起伏主要由溫度起伏來決定,而風(fēng)速只是影響了湍流的動態(tài)特性。實驗與理論模型基本吻合,驗證了該湍流發(fā)生裝置可行性,具有一定的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：湍流池 長光程 M2因子 湍流內(nèi)尺度 結(jié)構(gòu)常數(shù)
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.1
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-13
• 1.1 課題背景及研究目的和意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外室內(nèi)湍流模擬裝置的研究狀況10-12
• 1.2.1 國外湍流模擬裝置的研究狀況10-11
• 1.2.2 國內(nèi)湍流模擬裝置的研究狀況11-12
• 1.3 本論文的主要研究內(nèi)容12-13
• 第二章 湍流效應(yīng)對激光傳輸?shù)挠绊?/span>13-27
• 2.1 大氣湍流的形成14
• 2.2 大氣湍流的基本特性14-15
• 2.3 湍流的統(tǒng)計特性15-16
• 2.4 激光光束在湍流中傳輸特性16-21
• 2.4.1 光強起伏16
• 2.4.2 光束漂移16-17
• 2.4.3 光束擴展17-19
• 2.4.4 相位起伏19-20
• 2.4.5 到達角起伏20-21
• 2.5 大氣湍流參數(shù)的測量21-25
• 2.5.1 折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)的測量21-22
• 2.5.2 空間相干長度和大氣相干長度的測量22-23
• 2.5.3 湍流外尺度的測量23
• 2.5.4 湍流內(nèi)尺度的測量23-24
• 2.5.5 到達角起伏的測量24-25
• 2.6 本章小結(jié)25-27
• 第三章 大氣湍流模擬裝置設(shè)計27-39
• 3.1 大氣湍流模擬裝置的整體設(shè)計27-28
• 3.2 Herriott cell型光學(xué)長程池28-33
• 3.2.1 光束傳輸29
• 3.2.2 再進入條件29-33
• 3.3 電路系統(tǒng)33-36
• 3.3.1 嵌入式控制系統(tǒng)34
• 3.3.2 PID控制34-35
• 3.3.3 加熱裝置35
• 3.3.4 制冷裝置35-36
• 3.4 光學(xué)測試系統(tǒng)36-37
• 3.4.1 激光光束分析儀36-37
• 3.4.2 光束分析軟件37
• 3.5 本章小結(jié)37-39
• 第四章 湍流結(jié)構(gòu)常數(shù)測量39-57
• 4.1 M2因子法測量折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)39-48
• 4.1.1 光束質(zhì)量因子M2的測量原理40-42
• 4.1.2 M2因子實驗測量方法42-44
• 4.1.3 實驗結(jié)果與分析44-48
• 4.2 內(nèi)尺度法測量折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)48-55
• 4.2.1 測量原理48-49
• 4.2.2 測量系統(tǒng)49-51
• 4.2.3 實驗結(jié)果與分析51-55
• 4.3 本章小結(jié)55-57
• 第五章 總結(jié)與展望57-59
• 5.1 全文總結(jié)57
• 5.2 展望未來57-59
• 參考文獻59-65
• 致謝65-67
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄67-68

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本文編號：736316