强激光大气传输中晕及其补偿

文章给出用4-D程序计算热晕问题的数值结果,用包括信标光在内的4-D程序对相位补偿和场补偿进行了数值模拟,结果表明,单纯的相位补偿是不稳定的(PCI),场补偿是完全有效的。     

双向大气信道激光传输的信道互易性研究

在大气信道激光传输中,大气湍流对系统性能会产生较大影响,主要体现为降低传输速率和增加误码率。在具有信道互易性的双向激光传输链路中,两终端光斑信号强度的变化相关,可以在终端提取信道状态信息,以对信道影响进行补偿,从而提高传输速率。本文首先在弱湍流条件下,根据Rytov近似理论推导了平面波双向传输链路接收到的光斑信号的相关系数与传输路径的关系,并给出解析式。结果表明,两终端接收的光斑信号的光通量具有相关性,且相关系数与传输路径有关。进一步搭建了双向收发共轴激光传输系统,并进行了外场试验,试验结果不仅验证了双向大气信道激光传输链路具有互易性,且两接收端光斑信号光强的实时变化趋势相同。本文结论对实现大气信道高速率、低误码率激光传输具有重要意义。     

大气激光通信中多光束传输性能分析和信道建模

多光束传输技术是克服大气激光通信中大气湍流效应的有效途径之一。首先从理论上分析了大气湍流对多光束大气激光通信系统性能的影响和多光束大气传输的光强起伏特性,然后利用统计分析的方法,建立了一个以传输距离z、光束数目n、发射孔径之间的距离St、接收孔径Dr等为参量的多光束大气传输信道模型。最后,结合相关文献提供的实验结果对该信道模型进行了实验验证和误码性能分析。结果表明,当S1≥√λz或Dr远大于大气湍流相干长度ρo时,随着n的增大,接收光强将趋于对数正态分布．降低了大气激光通信系统的误码率,从而验证了多光束传输对于克服大气湍流影响的有效性。     

大气信道对激光脉冲延迟时间影响的仿真研究

分析了大气散射和吸收特性,并进一步研究了大气散射所引起的激光脉冲延迟效应,定量分析了在不同能见度、不同脉冲传输距离、不同散射系数和单程散射反照率的条件下,大气信道所产生激光脉冲传输延迟时间,为探测误差的校正提供了理论依据.通过对仿真结果的分析可知,在衰减系数不变的条件下,大气信道的散射越严重,散射所造成的路径延迟就越大,激光脉冲传输延迟时间也就越长;而大气的吸收效应越明显,激光脉冲传输延迟时间越短.     

用实验方法分析大气随机信道对激光传输的影响

文章介绍了为分析大气随机信道对激光传输影响而进行的激光远场实验，即光斑测量实验和光强测量实验。根据实验的目的和原理，自行研制了两套实验系统：一套为光斑实时测量和记录系统，另一套为光强实时测量和记录系统。运用以上两套实验系统进行了激光远场实验，记录了大量实验数据。通过对实验数据的处理，绘制了不同天气条件下光斑重心的变化曲线和光强的变化曲线。从实验上论证了大气随机信道对激光远场光斑的影响，并得出了大气对激光传输影响的统计规律。     

激光大气传输中热晕的数值模拟

采用快速傅里叶变换,研究了激光在大气传输中的热晕现象。得出了一定条件下,热晕随激光输入功率和传播距离的稳态变化规律,并计算了激光在大气中传输10km时发生热晕的功率阈值。在瞬态情况下,研究了有风和无风热晕现象。     

脉冲激光在光纤中时间波形传输特性研究

给出了光纤传输激光脉冲波形特性测试的实验光路图,对比测量了经过空气传输和光纤传输两种方式的脉冲波形。实验测试了光束耦合到不同长度的单模和多模光纤与经空气传输后的时间脉冲波形,得到了激光脉冲波形的精细结构。实验结果表明,所选的多模和单模光纤经数百米传输后的脉冲展宽在容许误差范围之内,说明所选用的光纤可以作为纳秒激光时间脉冲波形测试的理想传输介质。     

激光在湍流大气中传输的闪烁系数及其测量

理论研究了激光光束经过湍流大气后闪烁系数的变化规律,以ARM7的嵌入式系统构建数据采集模块,在采集激光光强因为大气湍流影响而变化的数据的基础上对存储的数据使用闪烁系数数学模型进行运算,运算结果通过网络传输,由PC端的界面显示变化曲线,从而了构造一个可以感测大气湍流的远程探测系统。用转动的相位板模拟湍流大气,利用所开发的测试系统测量激光光束通过湍流大气后的闪烁系数。实验结果显示高斯光束在湍流大气中的闪烁系数随传输距离的增加而增大,与理论模拟结果基本相符。由此可见该系统工作可靠稳定,可实时测量激光光束经过湍流大气的闪烁系数。     

激光在湍流大气中传输的闪烁系数及其测量

 理论研究了激光光束经过湍流大气后闪烁系数的变化规律,以ARM7的嵌入式系统构建数据采集模块,在采集激光光强因为大气湍流影响而变化的数据的基础上对存储的数据使用闪烁系数数学模型进行运算,运算结果通过网络传输,由PC端的界面显示变化曲线,从而了构造一个可以感测大气湍流的远程探测系统。用转动的相位板模拟湍流大气,利用所开发的测试系统测量激光光束通过湍流大气后的闪烁系数。实验结果显示高斯光束在湍流大气中的闪烁系数随传输距离的增加而增大,与理论模拟结果基本相符。由此可见该系统工作可靠稳定,可实时测量激光光束经过湍流大气的闪烁系数。     

空间激光通信中湍流信道光束传输仿真

对大气光信道特性的研究是空间激光通信研究的重要组成部分。首先以大气湍流理论为基础,阐述了激光在大气中传输时受到的大气湍流的影响和分析方法。接着重点对近年来应用日益广泛的空间激光通信的数值仿真方法进行了综述。不仅介绍了基本传输方程及其求解方法,还对采用数值方法模拟光波在随机介质中传播的若干关键技术进行了分析。最后结合现有的研究成果,说明了数值方法在空间激光通信中的应用。     

大气对激光传输的影响

本文分析了激光传输过程中大气这一传输介质对其的影响,由大气的成分出发,采用辐射传输理论描述了大气介质的吸收和散射特性,着重分析了其中对辐射影响最大的两种因素,即大气消光和大气湍流。并建立了大气传输系统的传递函数模型。最后通过LOWTRAN模拟软件包对本文所得的模型进行评估。     

超短脉冲强激光在空气中的传输

超短脉冲强激光在空气中传输时由于非线性克尔自聚焦效应会使激光光束聚焦，造成空气的离化而形成等离子体，等离子体对激光光束又会产生散焦作用，这两种过程的动态平衡可以形成很长的等离子体通道，从而产生一系列复杂而有趣的现象．文章对通道形成的机理、锥角辐射、超连续谱和三次谐波的产生进行了阐述，并介绍了目前等离子体通道形成的几种理论模型．文章还对通道内的各种复合和辐射机制进行了分析．     

高功率激光在非均匀大气中传输的自聚焦效应研究进展

地基激光空间碎片清除和利用激光辐射把转换的太阳能从空间轨道输运到地面等应用中,不可避免地遇到高功率激光在非均匀大气中的传输问题。由于激光功率已远远超过大气非线性自聚焦临界功率,大气自聚焦效应是影响光束质量的一个重要物理因素。概述了近年来国内外高功率激光在非均匀大气中上行或下行传输的自聚焦效应研究进展,主要介绍了高功率激光在非均匀大气中的传输模型、理论基础、数值和解析研究方法,着重介绍了自聚焦效应对激光传输特性和光束质量的影响,并总结了优化靶面光束质量的方案。此外,还介绍了大气群速度色散效应和大气湍流效应等物理因素对激光光束质量的影响。最后,还提出了该领域值得进一步深入研究的一些问题。

     

不同大气信道对大气激光通信的影响研究

对自由空间光通信技术的基本原理进行了分析,并对该项技术目前所存在的关键问题一自由空间衰减效应做了重点研究,为实现不同天气条件下语音信号的传输进行了初步探索。     

基于维纳滤波的同轴电缆脉冲信号传输畸变补偿研究

由于同轴电缆的低通传输特性,脉冲信号在同轴电缆中传输时不可避免地会出现畸变,并且畸变程度会随着脉冲信号频率、带宽以及传输距离的增加而增大。创新性地将图像处理领域中的一种图像复原方法——维纳滤波法应用于脉冲信号同轴电缆传输畸变补偿,仅利用同轴电缆的S参数和输出信号即可完成输入信号的重构。并以10 m同轴电缆为对象,采用该方法分别对双指数脉冲信号、高斯调制脉冲信号、调制方波信号进行传输畸变补偿。结果表明：对于不同样式的信号,该方法均具有优异的补偿性能;并且,与工程上常用的衰减补偿法相比,该方法不仅补偿精度高,还具有高的计算效率,在同轴电缆脉冲信号传输畸变补偿中具有很好的实用价值。     

激光大气传输束心抖动概率分布

用概率理论研究了湍流大气中传播激光束心抖动概率分布和抖动导致点孔检测平均光强起伏概率分布。结果表明，二维束心抖动概率满足Ｒｉｃｉａｎ分布而点孔检测平均光强的起伏满足Ｇａｍｍａ分布。     

模拟短脉冲激光在介质中传输的扩散综合有限元法

建立有限元模型,通过求解瞬态辐射传输方程模拟短脉冲激光在半透明介质中的传输.针对散射占优性半透明介质内辐射传输求解效率较差的问题,采用扩散综合加速迭代算法,提高计算效率,缩短计算时间.结果表明:采用精确解析式描述脉冲激光散射源项的求解策略可以获得准确的计算结果,精确地模拟快速变化的波前,不会产生数值扩散和数值振荡.此外,扩散综合迭代算法的计算时间仅为源项迭代的50%~60%.     

湍流大气中激光传输光强起伏特征研究

通过实验观测了湍流大气中光束准直传输时光束横截面上不同面积内的光强起伏特征。采用相对光强起伏方差与孔径平滑因子描述不同面积内的光强起伏特征并比较了不同湍流条件和不同面积内相对光强起伏方差的概率分布密度。实验结果表明,在该实验条件下明显出现孔径平滑效应时对应接收面积呈现湍流越强接收面积越小的规律;不同接收面积内相对光强起伏方差概率分布密度可以用对数高斯分布近似,不同接收面积和湍流强度下近似程度不同;采用偏斜度和陡峭度来描述接收面积不同和湍流强度不同时概率分布密度与对数高斯分布的偏差并比较了拟合曲线特征的变化。同时初步比较了连续光与脉冲光相对光强起伏方差概率分布的异同。     

激光大气传输湍流扰动仿真技术

为了研究激光大气传输时湍流效应对激光应用技术的影响,对湍流扰动的仿真进行了分析。介绍了在实验室内进行激光大气传输湍流扰动研究的数值仿真技术和仿真系统。阐述了快速傅里叶变换（FFT）和Zernike多项式两种湍流扰动数值仿真方法,并且对比了两种方法的优劣。利用物理相位屏搭建了实物湍流仿真系统,介绍了其理论模型并进行了仿真实验,对激光经湍流系统传输后的光强能量分布进行了研究分析。结果显示,室内湍流仿真系统能够准确地模拟弱起伏条件下湍流对激光传输的影响。