基于M^2因子测量的大气湍流参数的确定方法

基于广义惠更斯-菲涅尔原理以及大气湍流理论,推导出部分相干光束在大气湍流中传输的光束传输M2因子的解析表达式.定量分析了表征大气湍流参数的折射率结构常数C2n和涡旋内尺度l0对M2因子的影响,并由此提出了一种通过实验测量大气湍流中光束的M2因子,进而确定出大气湍流参数的新方法.研究结果表明,由于大气湍流对相干性好的光束影响更为明显,在测量中可采用具有高相干性的基模高斯光束作为测量光源,而测量装置则可采用常规的M2因子测量仪.利用本文提出的方法,可简单、方便地对大气湍流参数进行确定.

双曲余弦高斯列阵光束在湍流大气中的光束传输因子

本文推导出了双曲余弦高斯(ChG)列阵光束在湍流大气中的光束传输因子(M2因子)的解析公式,并采用相对M2因子研究了湍流对M2因子的影响.研究表明,在湍流大气中M2因子不再是一个传输不变量,湍流使得M2因子增大.非相干合成情况下,M2因子随着传输距离、光束参数、相对子光束间距和子光束数目的增大而增大.相干合成情况下,M2因子随光束参数和相对子光束间距的增大呈现振荡上升.相干合成情况下的M2因子比非相干合成的要小.然而,非相干合成情况下的M2因子受湍流影响比相干合成的要小.特别地,相干合成情况下,选取适当的相对子光束间距可以减小湍流对M2因子的影响.随着子光束数目的增大,相干合成的M2因子受湍流影响增大,而非相干合成的M2因子受湍流影响减小.

涡旋光束在大气湍流传输中光束质量分析

利用广义惠更斯-菲涅尔原理和维格纳分布函数(WDF)的二阶矩定义,导出高斯谢尔模型(GSM)涡旋光束(拓扑荷数m=±1)与非涡旋光束在大气湍流和自由空间传输中光束传输因子(M2因子)和角扩展的解析表达式,并研究了大气湍流参数和光束参数对光束质量的影响。结果表明,GSM涡旋光束在大气湍流中传输时,传输距离z越小、结构常量C2n越小、湍流内尺度l0越大、空间相干长度σ0越小和波长λ越大时,归一化M2和归一化角扩展越小,受大气湍流影响越小,光束质量越好;与非涡旋光束相比涡旋光束更合适在大气湍流传输,更适合应用于大气激光通信。本文研究工作可为自由空间光通信和激光武器等实际应用提供理论基础和实验依据。