《光束在大氣湍流中傳輸?shù)幕纠碚摼C述》2400字

光束在大氣湍流中傳輸?shù)幕纠碚摼C述1.1大氣湍流的概述形成大氣湍流時(shí)是需要一定的條件，并不是自然形成，必須達(dá)到一定的條件才有可能發(fā)生，例如風(fēng)速的變化，熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)條件，在空氣中一定要滿足不確定性，隨機(jī)性，但是也有一些有利于形成湍流情況，當(dāng)高層的空氣相對(duì)于底層的空氣的對(duì)流條件低的時(shí)候，這時(shí)湍流的形成時(shí)比較容易的，Hinze對(duì)湍流的定義是：湍流是時(shí)間和空間的不規(guī)則隨機(jī)變化，可以用不同的統(tǒng)計(jì)平均值來(lái)計(jì)數(shù)。很多人都對(duì)湍流做出了定義，但是都是不一樣的，從上面的集中定義中，我們可以看出并沒有一個(gè)統(tǒng)一的說法，卻可以發(fā)現(xiàn)這些學(xué)者的定義中有一個(gè)是他們所共有的，那就是其不規(guī)則的特性征。大氣湍流主要有３種性質(zhì)REF_Ref21457\r\h[13]：由于不規(guī)則性，湍流的每個(gè)時(shí)候的傳輸都是不能預(yù)測(cè)的，他是隨機(jī)變化的，其湍流的能量特點(diǎn)也會(huì)隨其改變，他的各個(gè)能量都會(huì)隨著時(shí)間與空間的坐標(biāo)而呈現(xiàn)出隨機(jī)的變化。初始條件很具有依賴性，如果要考慮湍流中的空氣改變時(shí)的狀態(tài)，則空氣一個(gè)很小的改變都會(huì)引起湍流很大的變?cè)?；?biāo)度不變性：很準(zhǔn)確的說，假如空間尺度發(fā)生改變，時(shí)間尺度也就發(fā)生應(yīng)該變得變化。湍流分為強(qiáng)湍流，中等湍流，弱湍流３種。研究者們?cè)谡凵渎式Y(jié)構(gòu)常數(shù)的性質(zhì)下了很多的努力，通過很多的測(cè)量并且記錄氣象參數(shù)，進(jìn)而研究他們的特征，為的就是能夠更好的了解到大氣湍流的影響因素，折射率的結(jié)構(gòu)函數(shù)區(qū)別了他們他們，Cn2，Cn2Cn2z為高度，當(dāng)這個(gè)式子還沒有提出分割的規(guī)定的時(shí)候，Davis首先做出了解釋：在強(qiáng)湍流的時(shí)候Cn2>2.5×一般情況下，處理光在隨機(jī)介質(zhì)中傳播的方法大致可分為四類REF_Ref21790\r\h[14]：我們采用的是近似值的方法，我們使用這種方法可以得到介電常數(shù)，但是這個(gè)值不是精確到而是通過近似得出的，我們得到近似的介電常數(shù)然后就可以利用這個(gè)值求出在隨機(jī)介質(zhì)中的波動(dòng)方程，進(jìn)而獲得輻射的大小和場(chǎng)的分分布情況（2）假設(shè)法，可以通過假設(shè)的方法，假設(shè)出隨機(jī)介質(zhì)的介電常數(shù)，直接求解。（3）在遇到多重散射時(shí)，則必須簡(jiǎn)歷里嚴(yán)格的方程式子，并對(duì)光波的傳輸方程式做出解截止到目前為止,前三種的激光傳輸方法都是常用的,它們都是可以直接獲得激光波在隨機(jī)介質(zhì)中進(jìn)行傳播的結(jié)果,第四種的方法主要被應(yīng)用于驗(yàn)證,我們對(duì)這些方法做了一些分析和總結(jié),在湍流介質(zhì)中研究了激光傳輸?shù)囊恍┨攸c(diǎn),當(dāng)激光經(jīng)過大氣湍流的時(shí)候折射率會(huì)發(fā)生波動(dòng)，迫使振幅和相位發(fā)生隨機(jī)的變動(dòng)，這是產(chǎn)生變化的主要原因，這樣會(huì)導(dǎo)致激光彎曲分裂，進(jìn)而降低空間相干性也會(huì)使偏振態(tài)發(fā)生變化。激光光束的直徑大小與湍流的大小有這密不可分的聯(lián)系，他們的大小不同會(huì)導(dǎo)致不同的變化，一般情況而言激光光束的直徑和湍流的大小是可以比較的，但是當(dāng)光束的直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于湍流的大小時(shí)，湍流則會(huì)使光束整體偏移動(dòng)。此外，在光束我們可以觀察不同的干擾情況，但是要在光束波前得不同的位置，從而導(dǎo)致激光束的在時(shí)間空間上的隨機(jī)波動(dòng)，光強(qiáng)也會(huì)隨之波動(dòng)，簡(jiǎn)稱為光束強(qiáng)度的閃爍1.2大氣湍流的特點(diǎn)激光有很多有點(diǎn)例如高相干性、高亮度，但是經(jīng)過大氣湍流后，其優(yōu)點(diǎn)就會(huì)發(fā)生改變，所以這極大的克制了激光的應(yīng)用，導(dǎo)致應(yīng)用缺陷，在大氣中有很多的成分，其中不僅僅只有氣體還有非氣體的成分，所以大氣中的東西是比較復(fù)雜的，大氣中的氣體成分對(duì)短波的傳輸影響很大，特別是散射效應(yīng)，即瑞利散射，這就是為什么天空是蔚藍(lán)色的原因，光譜的吸收是大氣分子最重要的性質(zhì)，每一個(gè)氣體組分的吸收特性是不一樣的。因?yàn)橛捎诖髿馐且环N流體,,折射率及容易發(fā)生變化,輕微的溫度改變也都會(huì)導(dǎo)致湍流折射率發(fā)生改變,接著有可能促使各種湍流的發(fā)生和形成,對(duì)于各種光學(xué)元件的意義也不一定很多,大氣中湍流的介質(zhì)對(duì)于光學(xué)傳播的影響主要集中在最近時(shí)間軸上。例如大雨和烈日下瀝青的路面上有著起伏不平的空氣,而晴天下星光閃耀則是很簡(jiǎn)單的現(xiàn)象。湍流的產(chǎn)生會(huì)讓折射率發(fā)生改變進(jìn)而導(dǎo)致波動(dòng)，發(fā)生畸變，導(dǎo)致光學(xué)圖像的不清晰，這是因?yàn)橄喔尚栽谕牧鞯倪^后發(fā)生了改變，天文觀測(cè)困難的主要原因就是這樣導(dǎo)致的。劃分湍流的依據(jù)：只要是地球上所運(yùn)動(dòng)的東西我們都要考慮到科里奧利力（Coriolis）力，當(dāng)然大氣也不例外，所以我們需要考慮到其力。依據(jù)流體力學(xué)規(guī)定，大氣則屬于地球流體。因?yàn)橛绊懘髿獾囊蛩赜泻芏?，在每層的大氣中都?huì)隨著各種物理量的變化而變化，還有就是晝夜的溫度不一致，也會(huì)引起變化。大氣的雷諾數(shù)Re為描述流體特征的基本參量，一般研究大氣湍流只關(guān)注大氣湍流粘性，因而雷諾數(shù)RRe=其中，U為流體速度，L為運(yùn)動(dòng)的尺度，v表示分子動(dòng)力學(xué)粘性系數(shù)。1.3大氣湍流的影響大氣湍流是指在大氣中很多的分子一起做沒有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致大氣中狀態(tài)發(fā)生變化。在大氣中一個(gè)物理量發(fā)生變化，例如溫度，壓強(qiáng)等發(fā)生變化，其他的都會(huì)受到影響。從而造成折射比的概率隨著空間的位置、時(shí)間變化也隨之改變。大氣中的湍流對(duì)于激光產(chǎn)生的影響主要是由于分子簇折射速率隨機(jī)變化引起閃亮效果?？傮w而言,大氣中的湍流具有不同的各向異性,但是在一個(gè)特殊的或者給定的微小范圍內(nèi),它們卻被我們近似地視為均勻且各向異性。大氣中的湍流會(huì)影響到激光束速度及其受到影響的程度,這些因素與激光束的直徑,以及其尺寸相關(guān)。例如，當(dāng)我們選好一定的激光，緊接著將其在大氣湍流中傳輸，這是當(dāng)激光進(jìn)入大氣湍流中由于湍流的干擾，激光的強(qiáng)度發(fā)生變化，隨之偏振度也會(huì)發(fā)生改變，而且這種出現(xiàn)的方式在空間上