非科尔莫哥罗夫湍流下超连续谱光源的传输特性.pdf

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1、第41卷第4期中国激光Vo1．4l，No．42014年4月CHINESEJOURNALOFLASERSApril，2014非科尔莫哥罗夫湍流下超连续谱光源的传输特性孙海跃吴武明靳爱军陈胜平宁禹(国防科学技术大学光电科学与32程学院，湖南长沙410073)摘要研究了在非科尔莫哥罗夫湍流下，超连续谱光源的水平传输特性。将超连续谱视为多个窄带光谱分量的叠加。利用互谱密度方法，考虑大气衰减的影响，计算了在不同的湍流内外尺度下，光源的束宽和传输效率随非科尔莫哥罗夫谱参数的变化关系；以及在不同湍流强度下，束宽和传输效率随光束质量的

2、变化关系。分析结果表明：O2参数和湍流的内外尺度会对超连续谱光源的传输特性产生影响。湍流会影响光束束宽，并降低光传输效率；当超连续谱光源的光谱分量为高斯基模时，湍流对其传输特性的影响尤为强烈；而当光谱分量为高阶模时，湍流带来的影响变弱，衍射成为影响传输效率的主要因素。关键词大气光学；非科尔莫哥罗夫湍流；超连续谱光源；互谱密度；传输特性中图分类号TN249文献标识码Adoi：10．3788／CJL2O1441．0413001PropagationPerformanceofSupercontinuumSourceinNon

3、-KolmogorovTurbulenceSunHaiyueWuWumingJinAijunChenShengpingNingYu(CollegeofOptoelectricScienceandEngineering，NationalUniversityofDefenseTechnologyChangsha，Hunan410073，China)AbstractThehorizontalpropagationcharacteristicsofsupercontinuumsourceinnon-Kolmogorovturb

4、ulenceisinvestigated．Asuperpositionofnarrow-bandspectralcomponentsisusedtosimulatesupercontinuum．Thebeamwidthofsupercontinuumsourceandpropagationefficiencyarecalculatedwithdifferentinnerandouterscalesofturbulenceandparametersa，aswellaswithvariousturbulencelevels

5、anddifferentbeamqualitiesforthespectralpartsofsupercontinuumsource．Themethodofcross-spectraldensityisintroducedhere，andtheatmosphericextinctioniSconsidered．ItiSshownthatthechangeofparametera，theouterscaleandinnerscaleofturbulence，bringaboutdifferentnumericalresu

6、lts．ItiSalsoshownthatturbulencecaninfluencethebeamwidthandinducedeteriorationofpropagationefficiency，especiallyforthesituationthatallthespectralpartsofsupercontinuumsourceareGaussianfundamentalmodes．Whenthespectralpartsarehigher-ordermodes，thefactoraffectingprop

7、agationofsupercontinuumsourcedominantlyisdiffraction．Keywordsatmosphericoptics；non—Kolmogorovturbulence；supercontinuumsource；cross—spectraldensity；propagationcharacteristicsOCIScodes010．1300：010．1330：030．70601引言独特优势使其在能量传输、目标照明、激光通信、激超连续谱光源是一种新型的宽光谱光源，既具光雷达和大气科学

8、等领域中具有广泛的应用，而有传统激光空间相干性好、亮度高、方向性好等优大气湍流会不可避免地影响超连续谱光源的光束扩点，同时也具有很宽的光谱(通常大于1THz)。随展，所以分析大气湍流的影响显得尤为重要。一直着输出功率的不断提高，超连续谱光源具有的以来，大气湍流对空间光通信影响的研究都是在科收稿日期：2013—09—04；收到修改稿