部分相干空心光束在非均匀大气湍流中的传输

基于惠更斯-菲涅尔原理和维格纳分布函数的二阶矩定义,推导部分相干空心光束(PCHGB)在非均匀大气湍流中传输的束宽和远场发散角的解析表达式,并对其在非均匀大气湍流中的传输特性进行定量分析和讨论。研究结果表明;PCHGB在非均匀大气湍流的传输过程中,其束宽受大气湍流的影响取决于光束的束腰、阶数、波长、相干度以及湍流内尺度和天顶角;非均匀大气湍流对PCHGB远场发散角的影响与光束的天顶角、湍流内尺度、相干度以及波长密切相关;在非均匀大气湍流的传输中,当天顶角为π/3时,PCHGB远场发散角的饱和传输距离为0.3 km。

部分相干空心光束在非Kolmogorov湍流中的漂移特性

基于二阶矩理论以及非Kolmogorov湍谱,得到了部分相干空心光束(PCDHB)在非Kolmogorov湍流中光束漂移(BW)模型的表达式。研究了湍流参数(广义折射率结构参数C2n,广义指数参数β,湍流内尺度l0,湍流外尺度L_0)和光束参数(束腰半径ω0,相干长度σ0,波长λ)对均方根光束漂移(BWw)和相对光速漂移(BWr)的影响。结果表明,PCDHB在非Kolmogorov湍流中的BW随着传输路径Lz和广义指数参数的增大而逐渐增大;并且,湍流强度和湍流外尺度越大,BWw越大;相干长度越大,波长越小,BWr越大;当传输路径Lz大于4km时,束腰尺寸越大,BWr漂移越大。研究还表明,同样的条件下,随着传输距离的增大BW和光束扩展受湍流的影响程度不同,随着传输路径的增大,湍流对光束扩展的影响越来越大。

部分相干反常椭圆空心高斯光束在非Kolmogorov湍流中的光束漂移

根据非Kolmogorov湍流谱和二阶矩理论得到非Kolmogorov湍流中光束漂移模型的一般表达式,结果表明光束漂移与湍流参数(广义指数参数α、折射率结构参数C_n^2、湍流外尺度L_0和湍流内尺度l_0)以及输入平面上的初始二阶矩有关。以部分相干反常椭圆空心高斯光束(PCAEHGB)为例,对光束漂移的均方根值B_w和相对光束漂移Br进行数值模拟。结果表明,广义指数参数、折射率结构参数、湍流内尺度、湍流外尺度、相干长度和束腰半径越大,Bw和Br越大。当C_n^2=10^(-14) m^(3-α)、传输总路径L=10km时,B_w≈0.22m;当L≈5km时,B_r达到最大。在相同参数条件下,PCAEHGB受湍流的影响比高斯-谢尔模型光束小。