《湍流中的激光傳輸?shù)奶匦苑治觥?300字

湍流中的激光傳輸?shù)奶匦苑治鲅芯考す獾膫鬏攩?wèn)題是非常有必要的，因?yàn)樵谕牧髦屑す獾膫鬏敃r(shí)會(huì)發(fā)散射導(dǎo)致各種特性隨著改變，使激光的相干性好的有點(diǎn)發(fā)生變化，所以研究激光在散射接種的傳輸特性是非常有必要且有意義的。Fig.1是激光在經(jīng)過(guò)大層后的傳輸圖。因?yàn)橥牧髦卸a(chǎn)生影響，導(dǎo)致折射率的變化，而后不在是個(gè)固定的常數(shù)，折射率的變化量很小，因此廣場(chǎng)的傳輸方程可以簡(jiǎn)化成為?2E(r;ω)+K2(r;ωK=2π/λ=ω/c，λ是波長(zhǎng)，如Fig.1所示，激光光束在湍流大氣中的傳輸過(guò)程中，廣場(chǎng)呈現(xiàn)類(lèi)光束形態(tài)。這種廣場(chǎng)從z=0平面已類(lèi)光束的形式射入z>0的半空間。r=（ρ，z）是z>0空間中某一點(diǎn)的位置矢量，ρ是二維橫向矢量。在z=0平面的光為E（0）（E（ρ，z，ω）=?ikexp(ikz)2πz?E0（ρ’；0；ω） (2)上式的微分是相對(duì)于光源所在的整個(gè)區(qū)域，因?yàn)榧す庠诖髿馔牧髦械膫鬏攲?dǎo)致折射率的變化這時(shí)相位差也會(huì)隨之改變，產(chǎn)生出一個(gè)附加的相位差ψ，我們需要得到折射率平均值，因?yàn)檎凵渎什粩嗟淖兓?，這時(shí)就要用到統(tǒng)計(jì)的方法得到平均的折射率，W(ρ1,ρ2{exp[ψ?(ρ1,ρ,1,z,ω)+ψ(ρ2式中W(ρ,1，ρ,2；ω）=W(ρ1,ρ2,z;ω)是z=0平面光場(chǎng)的交叉譜密度矢量，W(ρ1,ρ2,z;ω)=E?（ρ1，z，ω）E（ρ2，z，ω）是觀察平面（z平面）光場(chǎng)的交叉譜密度矢量。由（３）式可見(jiàn)，觀察的平面和入射平面的之間關(guān)系顯而易見(jiàn)。入射光平面的光場(chǎng)W（0）（ρ1’，ρ2'，ωexp[?(ρ1'?ρ2'non-Kolmogorov分布，當(dāng)我們使用的模型不一樣的時(shí)候，對(duì)于激光束的傳播是有不同的影響的，當(dāng)激光不同的激光光束在大氣湍流中的傳播的時(shí)候，湍流對(duì)于不用的激光束的影響也是不一樣的，入射光場(chǎng)[即W(0（ρ1’，ρ2'，ω）]不一樣的時(shí)候也會(huì)影響出射光場(chǎng)的布局。在湍流大氣中的光場(chǎng)光束的光斑會(huì)變，其變化是隨著傳輸距離的改變而改變的，當(dāng)傳輸距離變大的時(shí)候光斑也隨著變大，光斑的改變會(huì)影響光場(chǎng)的其他參數(shù)，例如,SalemREF_Ref16787\r\h[9]在研究單色部分相干光場(chǎng)經(jīng)過(guò)KolmogorovREF_Ref18044\r\h[10]分布的湍流大氣的傳輸特性時(shí),發(fā)現(xiàn)偏振度發(fā)生變化。Korotkovanm研究了隨機(jī)電碟光束經(jīng)過(guò)各向異性湍流大氣的傳輸。結(jié)論表明，當(dāng)激光在湍流大氣中傳播的時(shí)候，是光場(chǎng)的偏振度和之前的不一致，這是因?yàn)槠穸劝l(fā)生了改變，其改變的原因有很多種因素影響，例如大氣湍流的分布、強(qiáng)度以及入射光有關(guān)，發(fā)現(xiàn)了其中的規(guī)律，當(dāng)光在傳輸?shù)臅r(shí)候，光譜的變化即與傳輸?shù)木嚯x有關(guān)還與入射光的參數(shù)有關(guān)，也和大氣湍流的強(qiáng)度有著關(guān)系。Kolmogorov之后還計(jì)算了隨機(jī)電磁光束在non-Kolmogorov分布的湍流大氣中的傳輸特性,這種情況下光譜也發(fā)生改變湍流的存在，使激光在傳輸過(guò)程中發(fā)生閃爍，這種效應(yīng)，對(duì)光通訊、成像的干擾較大。這種閃爍可以簡(jiǎn)稱(chēng)為閃爍因子，在經(jīng)過(guò)湍流大氣之后，激光到達(dá)空間中的某一點(diǎn)(x,y,z)，此點(diǎn)的閃爍因子表示為：m2(x,y,z)=在實(shí)際應(yīng)用中通常用一個(gè)接收面收到的光功率求出接收孔徑的平均閃爍因子。其定義為ma2(z式中P(z)=在激光經(jīng)過(guò)大氣湍流后，激光的光強(qiáng)發(fā)生改變，接收器顯示光強(qiáng)的變化出現(xiàn)下降和上升的趨勢(shì)，其中上升和下降的趨勢(shì)越大，他的閃爍因子就會(huì)隨之變大，這種情況會(huì)導(dǎo)致激光的在大氣湍流傳輸過(guò)后出現(xiàn)錯(cuò)誤。所以，對(duì)于激光束的選擇是很重要的，如果挑選合適的激光光束，可以降低湍流對(duì)激光光束的影響，進(jìn)而也會(huì)降低閃爍因子，如何得到很小的閃爍因子是一項(xiàng)重要的研究工作，此外LiuREF_Ref19383\r\h[11]等還研究了橢圓渦旋光束在湍流大氣中的傳輸，找到合適的光束，閃爍因子是可以因?yàn)楣馐牟煌鴾p少的。我們要是解決激光在散射介質(zhì)中傳播的問(wèn)題，有一種較為簡(jiǎn)單方法就會(huì)忽略光的波動(dòng)特征，只是把電場(chǎng)的強(qiáng)度計(jì)算在內(nèi)。這里只考慮單色光入射到具有穩(wěn)態(tài)的散射介質(zhì)。光的強(qiáng)度只取決于傳播距離s和發(fā)射輻射θ的方向,在穩(wěn)態(tài)輻射的條件下，光強(qiáng)輸運(yùn)方建立了強(qiáng)度I（r，u）隨一個(gè)小長(zhǎng)度dsREF_Ref19981\r\h[12]傳播的變化，即dI(r,u)ds式中σsls式中給出兩個(gè)散射體之間的平均路徑長(zhǎng)度。兩個(gè)散射體之間的平均距離用3n?nσexnσexJ(r,u)是一個(gè)增益項(xiàng)，J(r,u)是源函數(shù)，它描述從另一個(gè)方向向u方向散射的輻射REF_Ref19981\r\h[12]。為了簡(jiǎn)單方便，忽略這一項(xiàng)的影響。對(duì)于單方向u0I(圖3.西門(mén)杏林灣水庫(kù)的景色在(a)晴朗和(b)多霧的天氣圖4(a)非形狀激光通過(guò)散射介質(zhì)的傳輸;(b)波前