基于米氏散射模型的高斯激光束在海水中传输特性的数值仿真

为进一步研究高斯激光束在水下通信与信息探测中的应用和在不同海水环境中传输过程的特性,以海水中最常见的陆源悬浮泥沙粒子为例,将米氏(Mie)散射理论与蒙特卡罗(Monte Carlo)方法相结合建立含有悬浮物海水中波长为520 nm的高斯激光传输模型,研究了特定直径和密度的粒子群对激光传输的影响。分析了不同探测距离下高斯激光传输模型的归一化接收功率随激光初始发散角的变化。研究结果表明:1)通过改变米氏散射模型中的悬浮泥沙粒子的直径和密度,从而改变仿真中设置的消光系数、散射系数和不对称因子,探测靶面的接收功率随散射体直径、密度和传输距离增加呈指数级减小;2)在一定范围内,初始发散角的变化不会影响接收面的接收功率,并且这种范围随着散射系数以及传输距离的增大而减小。所提的研究方法为进一步实际分析含复杂颗粒群(悬浮气泡、浮游藻类、悬浮泥沙)海水中高斯激光传输特性变化奠定理论基础,可为相关的工程估算提供参考。