非Kolmogorov大气湍流对径向部分相干阵列光束瑞利区间和湍流距离的影响

基于广义的Huygens-Fresnel原理和非Kolmogorov谱模型,推导了无线光通信系统中径向分布部分相干高斯-谢尔模型阵列光束在非Kolmogorov大气湍流中传输时瑞利区间z_R和湍流距离z_T的解析表达式,对瑞利区间和湍流距离随湍流参量和光束参量的变化情况进行了数值分析.结果表明:不论是相干还是非相干合成,径向分布部分相干高斯-谢尔模型阵列光束的z_R和z_T均随湍流广义指数α的增大非单调变化,当α=3.11时,z_R和z_T取最小值,此时阵列光束扩展最大;相干合成比非相干合成的光束扩展要小,但其受湍流的影响更大;对于相干合成而言,径向分布半径r0越大,合成光束的z_R和z_T就越大,而非相干合成的z_R和z_T不受r0的影响;不论是相干还是非相干合成,阵列子光束数目对合成光束的z_R和z_T没有影响;当光束相干参量β足够小或波长λ足够大时,大气湍流对阵列光束z_R的影响可以忽略.

无线光通信系统中部分相干阵列光束的传输特性研究

根据广义Huygens-Fresnel原理和修正von Karman谱模型,推导得到无线光通信系统中相互独立的部分相干高斯一谢尔模型(GSM)阵列光束在大气湍流中传输时的光强分布、均方根束宽和桶中功率解析式,并对不同因素影响下的自耦合特性、光束扩展和桶中功率进行了数值分析。结果表明,部分相干GSM阵列光束在大气传输过程中,当到达某一距离时多束光能合成一个平顶光束,再演变为高斯光束,且阵列光束在大气湍流中的自耦合特性比在自由空间中好;湍流外尺度对光强分布、光束扩展影响很小,可以忽略;部分相干GSM阵列光束与部分相干单GSM光束相比,具有更强的抑制湍流特性,有利于实现远距离通信。

部分相干径向阵列光束的传输特性

利用广义惠更斯菲涅尔衍射积分方法,推导出部分相干径向阵列光束在相关和非相关叠加下通过薄透镜系统的传输公式。定量分析了光束叠加方式、子光束的空间相干参数、透镜菲涅尔数和阵列参数对部分相干径向阵列传输特性的影响。研究结果表明:经透镜传输的部分相干径向阵列光束的光强分布和最大峰值光强与光束叠加方式、子光束空间相干参数、透镜菲涅耳数以及阵列参数等密切相关。

PCFT光束阵列在海洋湍流中的传输特性

为了研究部分相干平顶光束阵列在海洋湍流中的传输特性,基于拓展惠更斯-菲涅耳原理和魏格纳分布函数,结合海洋湍流的空间功率谱函数,理论推导了部分相干平顶光束阵列在海洋湍流中的传输因子、有效曲率半径、瑞利尺寸的解析表达式,数值计算并讨论了它们与光束的相干长度、海水温度与盐度变化、动能耗散率、温度方差耗散率等参量的关系。结果表明,在相同条件下,当传输距离超过400m时,相对于部分相干高斯光束、部分相干平顶光束和部分相干高斯光束阵列,部分相干平顶光束阵列受海洋湍流的影响更小,传输特性更为稳定。此结果对选择合适的光束在海洋湍流传输方面具有一定的参考价值。

部分相干双曲余弦高斯阵列光束的湍流距离

基于广义惠更斯-菲涅耳原理,采用Rytov相位结构函数二次近似和积分变换技术,推导出了部分相干双曲余弦高斯(ChG)阵列光束通过大气湍流传输时光束湍流距离的表达式。研究结果表明,部分相干ChG阵列光束的湍流距离与大气湍流强度、光束参数(包括子光束数、光束相干参数、离心参数、相对子光束间距)以及光束叠加方式(即交叉谱密度函数叠加和光强叠加)等有关。部分相干ChG阵列光束的光束扩展会随着大气湍流强度的增大而增大,但当选择合适的光束参数以及光束叠加方式时,可以减小湍流对部分相干ChG阵列光束扩展的影响。