大气湍流对激光传输的影响

当激光在湍流大气中传播时,大气湍流折射率场的起伏导致了激光波震面的畸变,破坏了激光的相干性,而相干性退化将削弱激光的质量,表现在光束相位的随机起伏、光束的随机漂移、能量在光束截面上的重新分布（畸变、展宽、破碎等）以及由此而引起的光强起伏等。本文介绍了大气湍流的形成及基本特性,并着重讨论了湍流对激光传输的影响。     

大气湍流下自由光通信信道模型的数值仿真

由于大气湍流作用,使得自由空间光通信(free-space optical communication,FSO)系统同时受到平均光信号功率损失和随机功率衰落的影响,极大地影响了系统的通信质量。文中基于随机相位屏模型,数值仿真了光束在大气湍流中传输,分析和比较不同条件下大气湍流效应对激光传输质量的影响。在此基础上,给出了一种基于大气湍流效应的自由空间光通信信道模型,通过大量数值计算方法,得到FSO湍流信道传输函数的概率密度函数曲线,计算出在大气湍流影响下系统的误码率性能。     

涡旋光束嵌套高斯光束在湍流大气中的传输

研究大气湍流波像差中的散焦和像散两种低阶像差对聚焦涡旋光束嵌套高斯光束焦面光强的影响,并用数值模拟的方法分析接收焦面平均光强分布随光束聚焦距离、拓扑荷数、湍流强度等参数的变化特性.结果表明:随着传输距离和大气折射率结构常数的增大,复合光束焦面光强峰值降低,光斑半径增大,光斑漂移现象明显,而接收焦面内的光强分布仍保持其高斯分布规律.说明涡旋光束和高斯光束经大气湍流后具有相同的强度起伏,有利于接收端的相干检测.     

连续强激光稳态热晕效应的数值模拟研究

采用数值模拟的方法,研究了强激光在大气传输过程中产生的稳态热晕效应.计算和分析了有风时稳态热晕效应对轴上光强以及远场能量分布的影响.结果表明,Nc越大,热晕效应越明显;在线性衰减、由横向风引起的散焦和扩散以及自聚焦的补偿的作用下,光束在垂直于风的方向上显著地扩展并聚焦;若不考虑衍射效应,准直光束在风的方向上聚焦,光斑横向尺寸扩展,且光斑分布呈月牙形.     

短距离无线激光通信系统波长选择分析

无线激光通信系统中激光调制信号在大气信道中传输时受背景光、大气衰减、湍流效应等诸多因素的影响．传统上认为红外波段的激光更适合于在大气信道中传输．基于对红光激光束大气传输特性的分析，讨论了激光束传输过程中背景光干扰、大气衰减和湍流效应的影响.结果表明：红光波段激光和红外波段激光用于短距离无线激光通信时受信道的影响差别不大，红光波段激光可用以加载调制信号有望实现无线高速数据传输．     

自适应光学方法及多光束发射对改善激光大气传输的比较

自适应光学方法和多光束发射都是激光大气传输中克服湍流效应的有效方法。首先介绍了校正式相位共轭自适应光学系统的工作原理,从光学原理的角度说明了该方法的局限性;接着进一步阐述了多光束发射技术,引入光强概率密度函数,推导出多光束发射下的激光大气传输特性,验证了其对湍流效应的抑制作用。     

大气湍流对激光束传输特性的影响

激光束湍流大气传输的研究对遥感、跟踪和远距离光通信,以及高功率激光武器等应用都有十分重要的意义.大气湍流会改变光束的传输特性和降低光束质量.介绍了近年来国内外激光束湍流大气传输特性研究进展,主要包括大气湍流对不同类型激光束的光强分布、光束质量、光束扩展、方向性、光谱特性、偏振特性、相干特性和等效曲率半径影响的研究进展,并介绍了主要的解析研究方法,如Rytov相位结构函数二次近似、强起伏模型和积分变换的技巧等.研究表明:大气湍流对激光束传输特性的影响与激光束本身特性,如空间相干性、时间相干性、模式、光阑限制情况以及列阵光束的叠加方式等因素有关.另外,还提出了该领域值得进一步深入研究的一些问题.     

基于蒙特卡罗方法的大气激光通信后向散射特性分析

激光在自由空间进行传输时,受大气分子和气溶胶粒子的影响,发生的后向散射效应会降低激光传输系统的可靠性,研究激光在大气中传输的后向散射效应,可以有效提高激光通信系统的安全性和保密性。利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法对大气后向散射信道特性进行分析,建立了激光在大气中传输的后向散射理论模型,为了提高蒙特卡罗算法的计算效率,在原模型的基础上提出了一种改进的快速蒙特卡罗方法,分析了能见度、非对称因子以及介质反照率对后向散射能量的影响,利用MATLAB进行了仿真模拟分析,得出后向散射能量随能见度、非对称因子以及介质反照率的变化规律,结果表明该方法可以准确和快速地计算后向散射能量,并为激光通信系统的设计提供了依据。     

舰船激光通信中大气湍流对信道的影响

舰船激光通信中大气对通信的信道有重要的影响.基于Kolmogorov大气湍流理论,结合舰船通信的物理条件得出了影响舰船激光通信信道的湍流的特征函数,此时的大气处在强湍流环境下;同时分析了在相应湍流强度下大气湍流对信道的影响如光束闪烁、光斑畸变等,并通过仿真对其进行了验证.     

大气湍流对IM/DD无线激光通信系统误码率的影响

分析了湍流大气中的高斯光束传输模型,忽略系统其它噪声,仅考虑大气湍流和量子噪声引起的系统误码率.推导出了大气湍流和量子噪声与系统误码率之间的关系,然后通过数值仿真,分析了大气湍流和量子噪声对IM/DD无线激光通信系统的影响.结果表明:在一定通信距离下,增大接收天线孔径或者发射光束的腰斑半径,能够有效减小大气湍流造成的系统误码,提高系统对湍流的抗干扰能力.这为设计更合理的无线激光通信系统提供了理论依据.     

大气激光通信链路功率分析研究

在现代激光通信传输中,大气对光传输过程中的衰减和起伏影响,已严重影响了激光通信的发展。为提高通信距离、速率和通信质量,抑制大气对激光通信的不利影响是十分重要的。本文针对野战激光通信环境,对激光在大气中的传输模型进行通信链路功率计算,对大气对光功率的衰减和损耗进行了分析,为实际大气激光通信的应用提供一定的理论依据。     

激光无线通信光发射与接收电路的设计

提出了一种为半导体激光器的调制驱动电路,能够在大气激光通讯中稳定工作。还研究了大气信道的特点,并讨论了大气信道对信号的吸收、散射和湍流影响,给出了衰减的因子。结合信道编码定理,讨论了适于在大气中传输的码型,特别是RS码,得出了适合大气信道的编码码长和码率的选择依据。     

激光在大气中的传输特性研究

激光在大气中传输受到大气的吸收,大气中微粒的散射和折射的影响,使激光在传输过程中能量不断衰减。本文以激光测距设计的应用要求为出发点,从大气的组成入手,对激光在大气中传输的理论特性进行研究,并推导激光在大气中传输损耗的数学公式。针对以上几个因素的影响,本文在选择波长的基础上,用MATLAB软件对激光经过大气散射后的透射率进行模拟,并对模拟结果进行分析。通过数据计算和MATLAB软件的模拟证明,在传输距离相同的条件下,波长越长,分子的散射越弱;波长越短,其散射越明显。     

大气信道对激光信号传输的影响以及MATLAB仿真

介绍了激光信号通过随机的大气信道时大气中气体分子对激光的吸收,探讨了大气中的气溶胶粒子对大气的散射效应以及大气的湍流对光信号的影响,并用MATLAB进行了仿真,针对仿真结果和实际情况存在的偏差,分析了产生偏差的原因。     

激光对潜通信的信号能量传递计算

对云层、海水以及空气／海水界面等各种因素对激光通信的影响作了较全面的描述，并由此得出了计算探测器输入背景光功率的公式．在信号能量传递的计算中，根据Ｌ．Ｂ．Ｓｔｏｔｓ方程得到了时间扩展后的脉冲波形的近似表达式，继而由能量方程估算了能量总衰减的范围     

大气传输对量子纠缠时钟同步测量精度影响分析

采用量子纠缠进行时钟同步的测量精度在理想信道传输中可以达到飞秒级;但纠缠光子在非理想信道(大气层)传输中将产生传输时延。分析了因大气吸收效应和散射效应产生的衰减和散射效应引起的时延,重点分析了两者对于量子时钟同步测量结果的影响。仿真表明,经过大气传输后量子时钟同步测量精度为0.01 ns,传输经验模型造成误差为1 ns。