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非柯尔莫哥洛夫湍流光束漂移的理论研究
引用本文:都文和,谭立英,马晶. 非柯尔莫哥洛夫湍流光束漂移的理论研究[J]. 光学学报, 2008, 28(s2): 20-23
作者姓名:都文和  谭立英  马晶
作者单位:都文和:哈尔滨工业大学航天学院, 黑龙江 哈尔滨 150001齐齐哈尔大学理学院, 黑龙江 齐齐哈尔 161006
谭立英:哈尔滨工业大学航天学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
马晶:哈尔滨工业大学航天学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
摘    要:
一直以来, 大气湍流对空间光通信影响的研究都是在柯尔莫哥洛夫(Kolmogolov)湍流理论的框架内进行, 该模型已经被人们广泛接受和使用。然而, 近年来国内外众多非柯尔莫哥洛夫(Non-Kolmogolov)湍流的实验报道则表明Kolmogolov湍流理论有时不能完全正确地描述大气湍流的统计规律, 尤其在对流顶层和平流层。为了全面了解大气湍流对空间光通信的影响, 研究Non-Kolmogolov湍流对光波传输的影响成为了首先要面对的问题。基于Non-Kolmogolov湍流功率谱密度, 运用几何光学近似方法推导了弱起伏条件下准直光束和聚焦光束的光束漂移方差, 并给出了简洁的解析表达式; 然后, 利用这一表达式进行了仿真分析。

关 键 词:大气光学  光束漂移  非柯尔莫哥洛夫湍流  几何光学近似  空间光通信

Theory Study on Beam Wander for Laser Beam Propagation through Non-Kolmogorov Turbulence
Abstract:
Free-space laser system performance is limited by atmospheric turbulence that has been described for many years by Kolmogorov’s power spectral density model because of its simplicity. However, many inland and overseas experiments concerning non-Kolmogorov atmospheric turbulence have showed recently that Kolmogorov’s theory is sometimes imcomplete to describe atmospheric turbulence statistics correctly, in particular in portions of the troposphere and stratosphere. It is the first problem to investigate the effect of non-Kolmogorov on the propagation of light in order to know completely the effect of atmospheric turbulence on free-space laser communications. In this paper using the non-Kolmogorov turbulent power spectral density, we derived the variances of beam wander of the convergent and collimated beams, which are analytic and concise, and then analyzed the formulas.
Keywords:atmospheric optics  beam wander  non-Kolmogorov turbulence  geometrical-optical approximation  free-space laser communications
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