激光在大气中的传输特性研究及仿真

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1、-激光在大气中的传输特性研究及仿真吕宏飞，田爱玲，韩峰、王红军、刘丙才（西安工业大学光电工程学院，西安710032）摘要：激光在大气中传输受到各种因素的影响。本文以脉冲激光测距设计的实际需要为出发点，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，并建立激光大气传输系统的传递函数模型。而激光在大气中的衰减主要受到大气分子的吸收、大气中微粒的散射和大气的折射影响。针对以上几个因素的影响，本文在选择波长的基础上，用MATBLE对激光经过大气散射后的透射率进行仿真，并对仿真结果和实际测量结果进行分析。通过数据计算和MATBLE的仿真可以证明，在传输距离相同的条件下

2、，波长越长，分子的散射越弱；波长越短，其散射越明显。关键词：激光测距，大气传输，吸收，散射中图分类号：TN241文献标志码：AStudyandSimulationoftheTransmissioncharacteristicsoflaserpropagationintheatmosphere（LvHongfeiTianAilingHanFengWangHongjunLiuBingcai）（Xi’anTechnologicalUniversity）Abstract:Laserpropagationinatmosphereundertheinfluenceofvario

3、usfactors.Thepulselaserrangefinderdesignpracticalneedsasthestartingpoint,fromthestartwiththecompositionoftheatmosphere,thetheoryoflaserpropagationintheatmospherewerestudied,andtheestablishmentofatmosphericlasercommunicationsystemtransferfunctionmodel.Whilethelaserbeamintheatmosphereatt

4、enuationbyatmosphericmolecularcharge,atmosphericparticulatebackscatteringandatmosphericrefractioneffects.Inviewoftheabovetheinfluenceofseveralfactors,theselectionbasedonwavelength,MATBLEonlaseratmosphericscatteringtransmissivityaresimulated,andthesimulationresultsandactualmeasurementre

5、sultanalysis.ThroughthedatacalculationandMATBLEsimulationcanbeproved,thetransmissiondistanceunderthesameconditions,thelongerwavelengths,molecularscatteringisweak;theshorterwavelength,scatteringmoreobvious.KeyWords:Laserranging;Atmospherictransmission;Absorption;Scattering引言.-鉴于探测信号和不同波

6、长的激光等在大气中传输，因多种因素引起的能量衰减，影响了脉冲激光测距的性能。本文通过对激光在大气中的传输特性进行研究和分析，为激光测距的设计提供理论依据。使激光测距的性能得到有效地改善，有利于解决实际应用中必须考虑的问题。1激光在大气中的衰减大气是由多种气体分子和悬浮微粒组成的混合体。比如：烟、雾和尘埃等，以及雨雪等的自然现象，都会使激光在传输过程中造成部分能量损失。激光在大气中传输受到多种因素的影响，比如：大气的气溶胶及大气分子（如CO2、H2O和O3）的吸收和散射等。大气对激光引起的衰减主要有大气分子吸收、大气分子散射。吸收是把辐射能变成其它形式的能量，而散射则

7、会使传输方向发生偏离，其衰减规律遵从朗伯-比尔定律。当功率为Pλ的单色光在大气中传播时，因吸收和散射而衰减。由于吸收和散射对辐射衰减的相对值都与传输距离成正比，其大气衰减系数可表示为：(1)是吸收系数，为散射系数，为衰减系数。当激光在大气中传输时，会因为吸收和散射使能量随着传输距离的增加而不断衰减。由于激光有着良好的单色性，依据朗伯-比尔定律：透射比等于透射光强与入射光强之比。可表示为：(2)L为激光在大气中传输的距离；为从激光器发出传输距离0时的功率；为激光在大气中传输距离L，经过衰减后的功率；为波长为的激光衰减系数；激光在大气中传输L后的透射率。进而有透射率