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1、大氣湍流論文：光束在湍流大氣中的傳輸【中文摘要】激光在光通信、遙感、監(jiān)測等方面具有越來越廣泛的應(yīng)用,因而關(guān)于激光光束在大氣湍流中傳輸特性的研究具有非常重要的意義。由于湍流擾動(dòng)的影響,光束在大氣中傳輸會(huì)發(fā)生光強(qiáng)起伏變化、像點(diǎn)抖動(dòng)、光束擴(kuò)散等大氣湍流效應(yīng)。正是這些湍流效應(yīng)的影響,在大氣中傳輸?shù)墓馐|(zhì)量會(huì)大大降低。如何減少湍流大氣對光束的影響已成為一個(gè)重要的研究課題。尋求一種特殊的光束以減少湍流效應(yīng)一直是廣大學(xué)者的研究方向,許多不同激光束在湍流中傳輸特性的研究已見諸報(bào)端。本文對大氣湍流的基本理論進(jìn)行了簡要的敘述,介紹了湍流大氣的相關(guān)參數(shù)及幾種主要的大氣折射率功率譜模型,對湍流效應(yīng)中的光強(qiáng)
2、起伏即閃爍指數(shù)的計(jì)算進(jìn)行了介紹,為研究光束在湍流大氣中的傳輸做了理論準(zhǔn)備。結(jié)合鬼成像的實(shí)際應(yīng)用中的大氣環(huán)境,對湍流大氣中部分相干光的鬼成像進(jìn)行了理論研究,根據(jù)經(jīng)典光相干理論和廣義惠更斯-菲涅爾積分,得到了在大氣湍流環(huán)境中部分相干光的鬼成像解析公式,分析了光源相干長度、傳輸距離、湍流強(qiáng)度對鬼成像質(zhì)量的影響。研究表明:光源光斑越大,鬼成像質(zhì)量越好;而湍流強(qiáng)度、光源相干長度及光源與待成像物體間距離的增加,均會(huì)降低鬼成像質(zhì)量。具有螺旋相位因子的光束被稱為渦旋光束,渦旋光束中的光子攜帶有軌道角動(dòng)量,可以利用光子的軌道角動(dòng)量進(jìn)行信息編碼,并應(yīng)用于自由空間光通訊,因而研究渦旋光束在大氣湍流中的傳
3、輸特性具有重要的意義。本文利用閃爍指數(shù)測量儀測量了渦旋光束閃爍指數(shù),并比較了高斯光束和不同拓?fù)浜蓴?shù)渦旋光束的閃爍指數(shù)變化,分析了拓?fù)浜蓴?shù)對閃爍指數(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)表明:在相同湍流環(huán)境下,渦旋光束閃爍指數(shù)比高斯光束閃爍指數(shù)小,且拓?fù)浜蓴?shù)越大,光束的閃爍指數(shù)越小。高階高斯貝塞爾光束同時(shí)具有無衍射特性和攜帶軌道角動(dòng)量,其產(chǎn)生和傳輸也引起了學(xué)者的極大興趣,利用空間光調(diào)制器和軸棱錐產(chǎn)生的高階高斯貝塞爾光束,論文分析了高階高斯貝塞爾光束在模擬大氣湍流中的傳輸。研究表明:由于大氣湍流的影響,即使在無衍射區(qū)內(nèi),高斯貝塞爾光束也會(huì)發(fā)生擴(kuò)束現(xiàn)象,而軌道角動(dòng)量的存在會(huì)降低湍流對光束的影響。【英文摘要】The
4、propagationoflaserbeamsinaturbulentatmospherehasattractedmuchattentionduetoitswidelyimportantpracticalapplications,suchasinconnectionwithremotesensing,monitoringandopticalcommunication.Therefractiveindexfluctuationcausesavarietyofeffectsonanopticalwavewhilepropagatinginturbulence.Therefore,the
5、rehasbeenmuchresearchonthewaysofreducingtheturbulenteffectsonthepropagatingopticalbeam.Inthisthesis,thebasictheoryandsomeparameterofatmosphereturbulence,scintillationindexandsomeimportantpowermodelsforrefractive-indexisintroduced,whichgiveabasistheoryfortheworkofwavepropagationintheturbulentme
6、dia.Accordingtotheappliedenvironmentofghostimage,ghostimagingwithpartiallycoherentlightradiationthroughturbulentatmospherehasbeenstudied.TheanalyticalghostimagingformulashavebeenderivedbasedontheclassicalopticalcoherenttheoryandtheextendedHuygens-Fresnelintegral.Theinfluenceoftheturbulencestre
7、ngth,propagationlength,thesource’stransversesizeandcoherentwidthonthequalityoftheghostimaginghasbeendiscussed.Itisfoundthatthelargerthesource’stransversesizeis,thebetterthequalityoftheghostimaging.Whentheturbulencestrength,propagationle
