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部分相干光在大气湍流中的光束扩展及角扩展

柯熙政 王婉婷

柯熙政, 王婉婷. 部分相干光在大气湍流中的光束扩展及角扩展[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2726-2733.
引用本文: 柯熙政, 王婉婷. 部分相干光在大气湍流中的光束扩展及角扩展[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2726-2733.
Ke Xizheng, Wang Wanting. Expansion and angular spread of partially coherent beam propagating in atmospheric turbulence[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(9): 2726-2733.
Citation: Ke Xizheng, Wang Wanting. Expansion and angular spread of partially coherent beam propagating in atmospheric turbulence[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(9): 2726-2733.

部分相干光在大气湍流中的光束扩展及角扩展

基金项目: 

国家自然科学基金(61377080,60977054,61271110);陕西省自然科学基础研究计划(2013JQ8011);陕西省教育厅科研计划(2013JK1104);陕西省工业攻关科技计划(2013K06-08)

详细信息
    作者简介:

    柯熙政(1962-),男,教授,主要从事无线激光通信方面的研究。Email:xzke@263.net

  • 中图分类号: O43

Expansion and angular spread of partially coherent beam propagating in atmospheric turbulence

  • 摘要: 基于广义惠更斯-菲涅耳原理、交叉谱密度函数,利用修正Von Karmon谱模型以及ITU-R颁布的大气折射率结构常数模型,推导出部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中传输时的束宽及角扩展表达式,讨论并对比斜程和水平两种传输方式下天顶角、传输距离、湍流强度、相干长度等参数对光束束宽与角扩展的影响,同时分别从相对束宽和相对角扩展的角度分析各种参数对于光束抑制湍流能力的影响,并给予相应的物理解释。结果表明:当天顶角小于 /3时,光束在斜程传输时的光束扩展和角扩展量接近于垂直传输,所受湍流影响很小。传输距离大于1 km时,束宽和相对束宽随传输距离的增加而明显增加。光束相干长度越大,光束所受湍流影响越大,而束宽及角扩展会随之减小。
  • [1]
    [2] Wu J. Propagation of Gaussian-Schell beam through turbulent Media[J]. Journal of Modern Optics, 1990, 37(4): 671-684.
    [3]
    [4] Tomohiro S , Aristide D, Emil W. Directionality of Gaussian Schell-model beams propagating in atmospheric turbulence[J]. Optics Letters, 2003, 28(8): 610-612.
    [5] Zhang Yixin. Comparison of the two spread theories of light beam propagation in Turbulent atmosphere[J]. Infrared and Laser Engineering, 2006, 35(S): 394-398. (in Chinese) 张逸新. 二种湍流大气光束短期扩展理论的比较[J]. 红外与激光工程, 2006, 35(S): 394-398.
    [6]
    [7] Zhang Yixin, Wang Gaogang. Average intensity and short-term beam spread of a laser beam propagating in a slant-path atmosphere[J]. Infrared and Laser Engineering, 2007, 36(2): 167-170. (in Chinese) 张逸新, 王高刚. 斜程大气传输激光束的平均光强与短期光束扩展[J]. 红外与激光工程, 2007, 36(2): 167-170.
    [8]
    [9] Yang Ailin, Li Jinhong, L Baida, et al. A comparative study of the beam-width spreading and angular spreading in atmosphere turbulence[J]. Acta Physia Sinica, 2009, 58(4):2451-2460. (in Chinese) 杨爱林, 李晋红, 吕百达, 等. 大气湍流中光束束宽扩展和角扩展的比较研究[J]. 物理学报, 2009, 58(4):2451-2460.
    [10]
    [11]
    [12] Qian Xianmei, Zhu Wenyue, Rao Ruizhong. Numerical simulation of turbulent effects of laser propagation along a ground-space slant atmospheric path[J]. Infrared and Laser Engineering, 2008, 37(5): 787-790. (in Chinese) 钱仙妹, 朱文越, 饶瑞中. 地空激光大气斜程传输湍流效应的数值模拟分析[J]. 红外与激光工程, 2008, 37(5): 787-790.
    [13] Zhang Xiaoxin, Dan Youquan, Zhang Bin. Spreading of partially coherent flat-topped beams propagating along a slant path in turbulent atmosphere[J]. Acta Optica Sinica, 2012, 32(12): 1201101-1-1201101-7. (in Chinese) 张晓欣, 但有权, 张彬. 湍流大气中斜程传输部分相干光的光束扩展[J]. 光学学报, 2012, 32(12): 1201101-1-1201101-7.
    [14]
    [15]
    [16] Duan M L, Li J H, Wei J L. Influence of different propagation paths on the propagation of laser in atmospheric turbulence[J]. Optoelectronics Letters, 2013, 9(6): 1.
    [17]
    [18] Li Chengqiang, Zhang Heyong, Wang Tingfeng, et al. Investigation on coherence characteristics of Gauss-Schell model beam propagating in atmospheric Turbulence[J]. Acta Physica Sinica, 2013, 62(22): 224203-1-224203-7. (in Chinese) 李成强, 张合勇, 王挺峰, 等. 高斯-谢尔模光束在大气湍流中传输相干特性研究[J]. 物理学报, 2013, 62(22): 224203-1-224203-7.
    [19]
    [20] Andrews L C, Phillips R L. Laser beam propagation through random media[M]. Bellingham: SPIE Optical Engineering Press, 2005: 195.
    [21] Tomohiro S, Aristide D, Emil W. Mode analysis of spreading of partially coherent beams propagating through atmospheric turbulence[J]. Journal of the Optical Society of America A-Optics Image Science and Vision, 2003, 20(6): 1094-1102.
    [22]
    [23] Wei L, Liu L R, Sun J F, et al. Change in degree of coherence of partially coherent electromagnetic beams propagating through atmosphere turbulence[J]. Optics Communications, 2007, 27(1): 1-8.
    [24]
    [25] Wu G H, Guo H, Yu S, et al. Spreading and direction of Gaussian-Schell model beam through a non-Kolmogorov turbulence [J]. Optics Letters, 2010, 35(5): 715.
    [26]
    [27]
    [28] Greg G, Emil W. Spreading of partially coherent beams in random media [J]. Journal of the Optical Society of America A-Optics Image Science and Vision, 2002, 19(8): 1592-1598.
    [29] Yang A L, Zhang E T, Ji X L, et al. Angular spread of partially coherent Hermite-cosh-Gaussian beams propagating through atmospheric turbulence[J]. Optics Express, 2008, 16(12): 8366.
  • [1] 吴鹏飞, 李成毓, 雷思琛, 谭振坤, 王姣.  弱风条件下斜程海洋湍流中涡旋光束的传输特性 . 红外与激光工程, 2024, 53(2): 20230441-1-20230441-11. doi: 10.3788/IRLA20230441
    [2] 杨静雯, 张宗华, 付莉娜, 李雁玲, 高楠, 高峰.  利用抖动算法扩展深度范围的三维形貌测量术 . 红外与激光工程, 2023, 52(8): 20230059-1-20230059-10. doi: 10.3788/IRLA20230059
    [3] 裴湘灿, 罗诗淇, 单浩铭, 谢向生.  浴帘效应的模型发展及应用扩展(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(8): 20220299-1-20220299-14. doi: 10.3788/IRLA20220299
    [4] 徐晨露, 郝士琦, 张岱, 赵青松, 宛雄丰.  综合斜程传输和光束扩展影响下的大气湍流相位屏组设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 404003-0404003(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0404003
    [5] 赵新亮, 王海霞, 李同海, 崔莉.  部分空间相干光经准均匀介质的散射 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 818003-0818003(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0818003
    [6] 吴君鹏, 刘泉, 于林韬.  Gamma-Gamma大气湍流中部分相干光通信系统性能研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(3): 322004-0322004(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0322004
    [7] 王姣, 柯熙政.  部分相干光束在大气湍流中传输的散斑特性 . 红外与激光工程, 2017, 46(7): 722003-0722003(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0722003
    [8] 杨宏韬, 高慧斌, 刘鑫.  基于双重扩展卡尔曼滤波器的共轴跟踪技术研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(5): 531001-0531001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0531001
    [9] 刘畅, 李军伟.  基于扩展数学形态学的高光谱亚像元目标检测 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 3141-3147.
    [10] 柯熙政, 郭新龙.  大气斜程传输中高阶贝塞尔高斯光束轨道角动量的研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3744-3749.
    [11] 李长伟, 康小平, 何仲.  部分相干双曲正弦-高斯光束的传输和聚焦特性 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 486-490.
    [12] 王利国, 吴振森, 王明军, 王万君, 张耿.  湍流大气中部分相干光二阶统计特性的三参数模型及其应用 . 红外与激光工程, 2015, 44(1): 317-320.
    [13] 吴峰, 沈为民, 朱锡芳, 陈宇恒, 许清泉.  通过扩展编程模拟星敏感器光学系统成像方法的研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1561-1567.
    [14] 赵曦晶, 刘光斌, 汪立新, 何志昆, 姚志成.  扩展容积卡尔曼滤波-卡尔曼滤波组合算法 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 647-653.
    [15] 杜磊, 赵剡, 吴发林.  扩展源高速平均密度场光传输成像分析 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1490-1498.
    [16] 王辉, 林德福, 祁载康, 杜运理.  目标机动对扩展弹道成型制导系统脱靶量影响分析 . 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3339-3346.
    [17] 陈卫宁, 杨洪涛, 范哲源, 曹剑中, 刘广森, 张建, 武登山, 张志.  应用于校正扩展视场偏差的红外成像测量方法 . 红外与激光工程, 2013, 42(3): 584-589.
    [18] 薛永宏, 安玮, 张涛, 张寅生.  采用扩展MRF的红外目标自适应检测方法 . 红外与激光工程, 2013, 42(8): 2288-2293.
    [19] 王辉, 吕瑛洁, 林德福, 张頔.  扩展弹道成型制导系统脱靶量特性分析 . 红外与激光工程, 2013, 42(5): 1322-1329.
    [20] 向宁静, 吴振森, 王明军.  部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中的展宽与漂移 . 红外与激光工程, 2013, 42(3): 658-662.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-01-10
  • 修回日期:  2015-02-11
  • 刊出日期:  2015-09-25

部分相干光在大气湍流中的光束扩展及角扩展

    作者简介:

    柯熙政(1962-),男,教授,主要从事无线激光通信方面的研究。Email:xzke@263.net

基金项目:

国家自然科学基金(61377080,60977054,61271110);陕西省自然科学基础研究计划(2013JQ8011);陕西省教育厅科研计划(2013JK1104);陕西省工业攻关科技计划(2013K06-08)

  • 中图分类号: O43

摘要: 基于广义惠更斯-菲涅耳原理、交叉谱密度函数,利用修正Von Karmon谱模型以及ITU-R颁布的大气折射率结构常数模型,推导出部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中传输时的束宽及角扩展表达式,讨论并对比斜程和水平两种传输方式下天顶角、传输距离、湍流强度、相干长度等参数对光束束宽与角扩展的影响,同时分别从相对束宽和相对角扩展的角度分析各种参数对于光束抑制湍流能力的影响,并给予相应的物理解释。结果表明:当天顶角小于 /3时,光束在斜程传输时的光束扩展和角扩展量接近于垂直传输,所受湍流影响很小。传输距离大于1 km时,束宽和相对束宽随传输距离的增加而明显增加。光束相干长度越大,光束所受湍流影响越大,而束宽及角扩展会随之减小。

English Abstract

参考文献 (29)

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