深度湍流条件下激光往返传输漂移特性的实验探究

为探究深度湍流条件下激光往返传输的漂移特性,基于修正的Rytov理论,推导了深度湍流条件下光束漂移角方差表达式。搭建了折返路径激光成像探测系统,实验获取了1 km和7 km传输路径上不同时段激光光斑的回波图像和大气相干长度。利用回波图像计算了漂移角均方差及其各向异性因子并与理论对比。结果表明:漂移角均方差和大气相干长度随时间变化具有明显周期性,两者变化同步,但趋势相反。1 km传输路径上,漂移角均方差在2~24μrad之间波动。而7 km传输路径上漂移角均方差在4~26μrad之间波动。通过对比Kolmogorov理论、Von Karman理论、Exponential理论和修正的Rytov理论模型下漂移角均方差与实测值的相对偏差发现:基于Von Karman理论的模型与1 km传输路径上漂移角均方差的实测值更为吻合,平均相对偏差约为18.20%,基于修正Rytov折射率功率谱理论的模型与7 km传输路径上漂移角均方差的实测值更为吻合,平均相对偏差约为21.09%。在1 km和7 km传输路径上,漂移特性均随着大气相干长度的减小而趋于各向同性。相关实验结果进一步揭示了深度湍流下往返路径传输激光漂移的机理,对于长距离空间光通信维持稳定通信链路具有一定参考价值。

截断光束在非Kolmogorov湍流中的扩散角及方向性

采用非Kolmogorov湍流模型,给出了截断光束在湍流中的二阶矩束宽和扩散角表达式,利用相对扩散角定量研究湍流对光束扩散角的影响,同时研究了光束在非Kolmogorov湍流中的方向性。研究表明,扩散角θsp和相对扩散角θsp/θspfree随湍流广义指数α的增大而先增大后减小,且在α=3. 11处有一个极大值;θsp/θspfree随随截断参数δ和相干参数β的增大而增大。另外,研究指出截断光束在湍流中的方向性与所采用的湍流模型无关,即不同参数的截断光束在非Kolmogorov湍流中也可具有相同的方向性。本文对重要结论给出了相关的物理解释。

部分相干双曲余弦高斯光束在湍流中的扩展区间

为探讨部分相干双曲余弦高斯光束在湍流中的扩展情况,采用湍流距离,将部分相干双曲余弦高斯光束在湍流中的传输路径划分为三个区间,并详细研究了三个区间范围随各参量的变化情况。结果显示,光束从传输路径上依次进入三个区间,其光束的扩展逐渐加剧;第一、二区间的长度及第三区间的起点均随湍流广义指数α表现出非单调变化(随α增大而先减小后增大),并随相干参数的增大而减小,随离心参数的增大而增大。此外,通过对比第一区间与瑞利区间发现,α越大,湍流在瑞利区间内对光束扩展构成的影响越容易被忽略。研究表明,选取合理的参数可有效控制部分相干双曲余弦高斯光束在湍流中的扩展区间。

空心光束在Non-Kolmogorov湍流中的角扩展及传播方向研究

利用两束束宽不同的平顶光束,建立空心光束的理论模型;基于广义惠更斯-菲涅耳原理和积分变换技术,推导出空心光束在Non-Kolmogorov湍流中的二阶矩束宽、扩展角及相对扩展角表达式,定量地分析湍流对空心光束扩展角的影响。研究发现:当3<α<3.11时,扩展角θsp和相对扩展角θsp/θspfree随湍流广义指数α的增加而增加;而当3.11<α<4时,θsp和θsp/θspfree均随α的增加而减小。θsp/θspfree随遮拦比ε、光束阶数M(N)的增加而减少,即湍流对空心光束扩展角的影响随ε、M(N)的增加而减少。此外,给出不同参数的空心光束在Non-Kolmogorov湍流中二阶矩束宽随传输距离的变化图,研究指出不同参数的空心光束传输于Non-Kolmogorov湍流中可产生相同的传播方向,并对以上结论均作了相关的物理解释。

空心光束在非Kolmogorov湍流传输路径上的区域分割

为了研究空心光束在非Kolmogorov湍流传输路径上的区域范围与各参量之间的关系及不同区域内光束的扩展情况,采用广义惠更斯-菲涅耳原理推导了空心光束传输于非Kolmogorov湍流中的二阶矩宽度、瑞利区间及湍流距离的解析式,并利用湍流距离把传输路径分割为3个区域进行数值分析。结果表明,区域Ⅰ、区域Ⅱ的长度及区域Ⅲ的起始点都随湍流广义指数α的增大而先减小再增大(当α=3.11时出现一个极小值),且随遮拦比η和光束阶数M(及N)的增大而增大;M(及N)取值较小时(M(及N)<3),湍流在瑞利区间内对光束扩展造成的影响不能忽略,M(及N)和η越大,越容易忽略湍流在瑞利区间内对光束扩展所构成的影响;光束在传输路径上依次进入区域Ⅰ、区域Ⅱ及区域Ⅲ,其光束扩展逐渐变得更加剧烈,且随着M(及N)和η的增加,区域Ⅱ长度和区域Ⅲ的起始点相较于区域Ⅰ的长度增加更为显著。该研究结果为空心光束传输于湍流中的相关应用提供了参考。

高校《医学物理学》教学中实现课程思政的途径探索

教育强则国家强,为建设社会主义现代化强国,落实高校立德树人的根本任务,高校各门课程都需要承担相应的思想政治教育工作。该文以《医学物理学》课程为例,从我国高校思政教育现状、课程中思政元素的挖掘、以及实现课程思政的措施和途径几个方面进行讨论,力求寻找将《医学物理学》课程教育与思政教育两者融合的教学方法。

截断光束在非Kolmogorov湍流中的扩展区域

为研究截断光束在非Kolmogorov湍流中的扩展区域,求解了湍流距离及瑞利区间解析式,将传输路径划分为三个区域,并对三段区域进行相关数值分析。研究结果表明,第一区域和第二区域长度随相干参数、截断参数的增大而缩短,第三区域起点随相干参数、截断参数的增大而减小;相干参数、截断参数越小,忽略湍流在瑞利区间内对光束扩展影响的可能性则更大;三个区域内,湍流距离随广义指数的变化依次加剧。对主要结果进行了相应的物理解释。