部分相干光束通过ABCD系统在湍流大气中的传输特性研究

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激光在大气中传输时,大气湍流造成的一系列湍流效应会严重影响传输光束的质量,因此极大制约了激光在雷达、遥感、通信以及测距等方面的应用,研究表明部分相干光束受湍流影响要小于完全相干光束,故研究其在大气湍流中的传输特性具有实际价值和意义。本文基于Kolmogrov湍流理论和广义Huygens-Fresnel原理研究了三种复杂部分相干光束在湍流大气中的传输特性,主要研究内容与结果如下:1.给出了部分相干厄米-双曲正弦高斯(H-ShG)光束通过ABCD系统后在Kolmogorov湍流中传播时的平均光强分布解析式,分析了传播距离z,空间相干长度σ0、湍流结构常数Cn~2、光束阶数m、n和Sh参数Ω0对该光束在湍流大气中的传播的影响。研究表明当σ0较小时,部分相干H-ShG光束在传输时的平均光强分布几乎与湍流强度Cn~2无关,且具有较大σ0的该光束的传输受大气湍流的影响较小。此外,光束阶数m,n和Sh参数Ω0越小时,该光束在Kolmogorov湍流大气中传播时受湍流效应影响越小。2.给出了部分相干双曲余弦高斯(ChG)光束通过ABCD系统后在Non-Kolmogorov湍流中传播时的平均光强分布解析式,分析了传播距离z,空间相干长度σ0、湍流结构常数Cn~2和Ch参数Ω0对该光束在湍流大气中的传播的影响。研究发现,通过选择合适的Ch参数Ω0和空间相干长度σ0,部分相干ChG光束可以在Non-Kolmogorov湍流中得到更好的传输。3.给出了部分相干双曲余弦高斯涡旋(ChGV)光束通过ABCD系统后在Non-Kolmogorov湍流中传播时的平均光强分布解析式,分析了传播距离z,束腰宽度w0、拓扑荷数L、空间相干长度σ0、湍流结构常数Cn~2和Ch参数Ω0对该光束在湍流大气中的传播的影响。结果表明:可以通过增大部分相干ChGV光束的拓扑电荷数L,Ch参数 Ω0和束腰宽度w0,或者减小光束的空间相干长度σ0来增强光束的抗湍流效果。
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