关键词:
部分相干平顶光束
M2因子
平顶光束阵列
大气湍流
等离子体
摘要:
激光的产生和应用开辟了一个划时代的新领域,在大气遥感、目标探测、激光医疗、远距离光通信等领域得到了广泛应用。随着应用领域的不断拓展,人们对激光光束的性能和需求也日益多样化,在不同领域所需要的光束也不相同。
在高超声速飞行器在飞行过程中,其机身及其尾翼会产生一层等离子体鞘套,等离子体会使信号丢失,造成传输故障,基于此我们利用光信号来作为信息载体进行信息传输。相对于完全相干光,部分相干光受大气湍流的影响较小,研究人员已经对光束在不同介质中的传输特性进行了广泛研究。目前,对于光束在多个介质中传输特性的研究还比较少。因此,本篇文章重点研究了部分相干平顶光束在大气湍流和等离子体中双向传输特性,并对其进行了相应的数值计算和分析。
主要工作内容如下:
1、依据光学传输矩阵、Collins公式以及Wigner分布函数的二阶矩理论,我们推导了部分相干平顶光束在大气湍流和等离子体链路中双向传输的光强分布和M2因子的表达式。我们进行了光束参数和湍流参数对其光强和M2因子的影响的模拟研究。研究结果表明,适当选择光束阶数N和横向空间相干宽度σ可以减轻湍流和等离子体诱导的演化特性。部分相干平顶光束在大气湍流和等离子体中的正向传输对光强分布和M因子的影响小于反向传输。在相同条件下,部分相干平顶光束在双向传输中的M因子小于高斯光束。
2、为了进一步提高光束的稳定性,我们采用了多光束传输,研究了大气湍流和等离子体链路中对阵列光束传输性质的影响,得到了部分相干光平顶光束阵列的强度分布和M因子的解析表达式。经过模拟和数值分析,我们发现光束参数和大气湍流参数对其演化的影响。结果显示,横向空间相干度σ、光束阵列中的光束个数P和光束半径r都会对光强演化有一定的影响。由于湍流结构常数C _n的增加或相干度的降低,光强会演变为高斯光束,且变化速度会加快。部分相干平顶光束阵列在大气湍流和等离子体中的正向传输对光强分布和M因子的影响小于反向传输。此外,部分相干平顶光束阵列的M因子也与光束阶数N、光束个数P以及光束半径r取值密切相关。
3、在相同条件下,通过数值模拟分析了与部分相干平顶光束、高斯光束、高斯光束阵列之间的演化特点。研究结果表明,在相同条件下,部分相干平顶光束阵列在双向传输中的M因子小于部分相干平顶光束、高斯光束和高斯光束阵列。