海洋湍流对光学成像及光束空间相干性的影响

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1、分类号０４３６单位代码：１０６３６：密级：公开学号：２０１４０９０５００２、逆“丨鉀範＾＾硕士学位论文中文论文题目：海洋湍流对光学成像及光束空间相千性的影响英文论文题目：Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｏｃｅａｎｉｃｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｏｎｏｐｔｉｃａｌｉｍａｇｉｎｇａｎｄｓｐａｔｉａｌｃｏｈｅｒｅｎｃｅｏｆｂｅａｍｓ论文作者：指导教师：季小玲教＃：光学专业名称．研宄方向：激光传输与控制所在学院：物理与电子工程学院论文提交日期：２０１７年月曰论文答辩日期：２０１７年月曰四川师范大学学位

2、论文独创性声明本人声明：所早．交学位论文海洋湍流对光学成像及光東空间相干性的影响，是本人在导师季小玲教授指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。＿一本人承诺。：己提交的学位论文电子版＾论文纸本的内容致如因不符而引起的学术声誉上的损失由本人自负。学位论文作者：签字曰期：年／月曰Ｉ学位论文出版授权书本人完全同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》“”（以下简称章

3、程），愿意将本人的硕士学位论文提交中国学术期刊（光盘版）电子杂志社在《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》中全文发表。《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版，并同意编入ＣＮＫＩ《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网“”规定享受相关权益上传播，同意按章程。作者签名：—条—杂）」＿年—ＬｉＸ日］论文题目：毕业院校：四川师范大学毕业年份：２０１７年６月所在学院：所学专业：说明：本授权书由中国学术期刊Ｃ光盘版）电子杂志社保存。－６２７９１９５１６２７９３１７６６２７

4、９０６９３传真－６２７９１８１４联系电话：０１０：０１０通－４８信地址：北京清华大学邮局８４信箱采编中心邮编：１０００８４海洋湍流对光学成像及光束空间相干性的影响光学专业研究生蒲欢指导教师季小玲摘要迄今为止，大气湍流对光学成像的影响已有许多研究，但海洋湍流对光学成像影响的研究涉及甚少。与大气湍流不同，海洋湍流中的折射率起伏是由温度和盐度变化共同造成的，其折射率起伏空间功率谱具有复杂的双峰值结构。最近研究表明：自然环境中水下湍流是限制光学成像质量的一个重要因素。因此，研究海洋湍流对光学成像和激光特性的影响对水下光应用（例如，光通信、成像和激光雷达等）具有十分重要的意义。本学位论

5、文主要研究海洋湍流对长曝光和短曝光成像以及光束空间相干性的影响，具体研究工作有：1、基于海洋湍流功率谱，详细研究了海洋湍流中的长、短曝光成像调制传递函数，推导出了海洋湍流可见参数，并改进了WeinlinHou提出的水下成像模型。研究表明：海洋湍流中可见参数是空间相干长度的2.1倍，与二者在大气湍流中的关系一致。此外，根据本文中给出的同时考虑海水中温度与盐度起伏双重影响的水下成像模型发现，相比于主要由盐度起伏引起的湍流，湍流影响比粒子散射作用在成像退化方面起更主要作用所对应的空间角频率频段在温度起伏占主导因素的海洋湍流中更高。2、比较研究了海洋湍流与大气湍流中长曝光调制传递函数的差异，讨论

6、了海洋湍流中短曝光调制传递函数MTF的适用性，并且详细研究了海洋湍流参数SE对系统分辨率的影响。研究表明：海洋湍流中温度起伏占主导地位比盐度起伏占主导地位时的成像质量更高,即包含更多原图像的高频细节。虽然用Fried短曝光理论研究MTF时在高频区存在缺陷，但随着透镜直径与可见参数之比的增大、SE以及光传输距离的增大，MTF在高频区的适用性增强。此外，海洋湍流较强或SE较弱时，短的曝光时间对分辨率的改善效果不如在中等湍流中时明显。3、基于广义惠更斯-菲涅尔原理，推导出了部分相干环状光束在海洋湍流中传输时光束相干度的解析公式，详细研究了光束相干度以及相干度宽度随传输距离、海洋湍流参数和光束参

7、数的变化。研究结果表明：部分相干环状光束在弱海洋湍流中传输时其光束相干度会出现振荡，但随着湍流的增强逐渐呈现类高斯分I布。在弱海洋湍流情况下，光束相干度宽度在某一传输距离处达到极大值，并且它与环状光束遮拦比和光束相干参数有关。但是，在强海洋湍流情况下，光束遮拦比和相干参数对光束相干度的影响不大。关键词：海洋湍流成像调制传递函数分辨率Fried参数长曝光短曝光部分相干环状光束相干度IIInfluenceofoceanicturbule