部分相干光束在大氣湍流中傳輸?shù)纳咛匦?/H1>
發(fā)布時(shí)間：2020-01-24 04:39
【摘要】：光束在大氣湍流中傳輸時(shí),大氣湍流效應(yīng)對(duì)光束進(jìn)行強(qiáng)度和相位的隨機(jī)調(diào)制,最終在遠(yuǎn)場(chǎng)處形成散斑。以部分相干高斯-謝爾模型(Gaussian-Schell Model,GSM)光束為研究對(duì)象,根據(jù)廣義的HuygensFresnel原理、修正Von Karman譜模型,推導(dǎo)了GSM光束在大氣湍流中傳輸時(shí)接收端光束的有效半徑和平均散斑半徑的表達(dá)式。利用數(shù)值計(jì)算對(duì)比分析光源相關(guān)參數(shù)和大氣湍流對(duì)光束有效半徑和平均散斑半徑的影響。研究表明:光束的初始束腰半徑越大、相干長(zhǎng)度越小以及波長(zhǎng)越小時(shí),接收端光束的有效半徑和平均散斑半徑受湍流的影響越小;大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)越大,光束擴(kuò)展越嚴(yán)重,此時(shí)平均散斑半徑越小;光束有效半徑和平均散斑半徑隨湍流外尺度增大幾乎無(wú)變化,隨湍流內(nèi)尺度的增大而減小。所得出的結(jié)論對(duì)無(wú)線激光通信系統(tǒng)中光束的捕獲、對(duì)準(zhǔn)與跟蹤(Acquisition,Pointing and Tracking,APT)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一個(gè)重要的參考價(jià)值。
【圖文】：
鏺甙刖?部分相干GSM光束在大氣湍流中從z=0平面?zhèn)鬏數(shù)絲>0平面上的傳輸示意圖如圖1所示。部分相干GSM準(zhǔn)直光束在L=0處的交叉譜密度函數(shù)(Cross-SpectralDensityFunction,CSDF)可表示[11]為：W0(r1,r2;0)=exp-r12+r22w0222exp-|r1-r2|22σg222(1)式中：r=(x,y)為在發(fā)射端垂直于光束傳播方向的矢量；w0代表源光束的束腰半徑；σg為源場(chǎng)的相干長(zhǎng)度,σg增大光束的相干程度增大，反之相干性變差，當(dāng)σg→∞時(shí)，則源場(chǎng)為完全相干光。圖1大氣湍流中傳輸路徑示意圖Fig.1Schematicdiagramofpropagationpathinatmosphericturbulence在大氣湍流中GSM光束從源平面z=0傳輸?shù)浇邮掌矫鎧>0處，由廣義Huygens-Fresnel原理[16]可知，，在接收端光束的CSDF為：W(ρ1,ρ2;L)=k2πL222乙dr1乙dr2W0(r1,r2;0)×expik2L(|ρ1-r1|2-|ρ2-r2|2乙乙)×<exp[ψ(ρ1,r1)+ψ*(ρ2-r2)]>(2)andthesmallerthemeanspeckleradiusis.Theeffectiveradiusandthemeanspeckleradiusofreceiverbeamdecreasewithincreasinginner-scaleofturbulence,buthavenearlynochangewithincreasingouter-scaleofturbulence.AnimportantreferencevaluewillbeprovidedforthedesignoftheAcquisition,TrackingandPointing(ATP)inatmosphericlasercommunicationsystem.Keywords:partiallycoherentbeam;atmosphericturbulence;meanspeckleradius;effectiveradius
鏺甙刖?部分相干GSM光束在大氣湍流中從z=0平面?zhèn)鬏數(shù)絲>0平面上的傳輸示意圖如圖1所示。部分相干GSM準(zhǔn)直光束在L=0處的交叉譜密度函數(shù)(Cross-SpectralDensityFunction,CSDF)可表示[11]為：W0(r1,r2;0)=exp-r12+r22w0222exp-|r1-r2|22σg222(1)式中：r=(x,y)為在發(fā)射端垂直于光束傳播方向的矢量；w0代表源光束的束腰半徑；σg為源場(chǎng)的相干長(zhǎng)度,σg增大光束的相干程度增大，反之相干性變差，當(dāng)σg→∞時(shí)，則源場(chǎng)為完全相干光。圖1大氣湍流中傳輸路徑示意圖Fig.1Schematicdiagramofpropagationpathinatmosphericturbulence在大氣湍流中GSM光束從源平面z=0傳輸?shù)浇邮掌矫鎧>0處，由廣義Huygens-Fresnel原理[16]可知，在接收端光束的CSDF為：W(ρ1,ρ2;L)=k2πL222乙dr1乙dr2W0(r1,r2;0)×expik2L(|ρ1-r1|2-|ρ2-r2|2乙乙)×<exp[ψ(ρ1,r1)+ψ*(ρ2-r2)]>(2)andthesmallerthemeanspeckleradiusis.Theeffectiveradiusandthemeanspeckleradiusofreceiverbeamdecreasewithincreasinginner-scaleofturbulence,buthavenearlynochangewithincreasingouter-scaleofturbulence.AnimportantreferencevaluewillbeprovidedforthedesignoftheAcquisition,TrackingandPointing(ATP)inatmosphericlasercommunicationsystem.Keywords:partiallycoherentbeam;atmosphericturbulence;meanspeckleradius;effectiveradius
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本文編號(hào)：2572543
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【圖文】：
鏺甙刖?部分相干GSM光束在大氣湍流中從z=0平面?zhèn)鬏數(shù)絲>0平面上的傳輸示意圖如圖1所示。部分相干GSM準(zhǔn)直光束在L=0處的交叉譜密度函數(shù)(Cross-SpectralDensityFunction,CSDF)可表示[11]為：W0(r1,r2;0)=exp-r12+r22w0222exp-|r1-r2|22σg222(1)式中：r=(x,y)為在發(fā)射端垂直于光束傳播方向的矢量；w0代表源光束的束腰半徑；σg為源場(chǎng)的相干長(zhǎng)度,σg增大光束的相干程度增大，反之相干性變差，當(dāng)σg→∞時(shí)，則源場(chǎng)為完全相干光。圖1大氣湍流中傳輸路徑示意圖Fig.1Schematicdiagramofpropagationpathinatmosphericturbulence在大氣湍流中GSM光束從源平面z=0傳輸?shù)浇邮掌矫鎧>0處，由廣義Huygens-Fresnel原理[16]可知，，在接收端光束的CSDF為：W(ρ1,ρ2;L)=k2πL222乙dr1乙dr2W0(r1,r2;0)×expik2L(|ρ1-r1|2-|ρ2-r2|2乙乙)×<exp[ψ(ρ1,r1)+ψ*(ρ2-r2)]>(2)andthesmallerthemeanspeckleradiusis.Theeffectiveradiusandthemeanspeckleradiusofreceiverbeamdecreasewithincreasinginner-scaleofturbulence,buthavenearlynochangewithincreasingouter-scaleofturbulence.AnimportantreferencevaluewillbeprovidedforthedesignoftheAcquisition,TrackingandPointing(ATP)inatmosphericlasercommunicationsystem.Keywords:partiallycoherentbeam;atmosphericturbulence;meanspeckleradius;effectiveradius
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本文編號(hào)：2572543
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