任意厚度随机相位屏激光大气传输特性仿真模型.pdf

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1、第4o卷第8期中国激光Vo1．40，No．82013年8月CHINESEJOURNALOFLASERSAugust，2013任意厚度随机相位屏激光大气传输特性仿真模型王锐王挺峰孙涛／中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033、＼激光与物质相互作用国家重点实验室，吉林长春130033／摘要为了分析高斯光束的大气传输特性，根据随机相位屏数值仿真方法，利用Rytov弱起伏理论，在薄相位屏模型的基础上，详细分析了各个统计量。建立了基于Kolmogorov谱条件下的高斯光束经任意厚度相位屏传输统计量的数学模型，并且给出了易于处理的解析表达式。同时对闪烁指数、Rytov方差等统计

2、量进行了分析，结果表明任意厚度相位屏模型比薄相位屏适用范围更广，且对于统计量的描述更为准确。关键词大气光学；随机相位屏；闪烁指数；Rytov理论；高斯光束中图分类号TN929．12文献标识码Adoi：10．3788／CJL201340．0813001SimulationModelofLaserAtmosphericTransmissionCharacteristicsUsingArbitraryThicknessRandomPhaseScreenWangRui，。WangTingfeng，。SunTao，fChangchunInstituteofOptics，FineMechanics

3、andPhysics，ChineseAcademyofSciences，1lC矗angchun，Jilin130033，inall。seLb00。厂．Lser8mcti0ithMatte，Changc，Jill13oo33，c他jAbstractInordertoanalysistheGaussianbeamtransmissioncharacteristics。accordingtothenumerica1simulationmethodofrandomphasescreen，theRytovweakturbulencetheoryisusedtoanalyzeeachstatist

4、icalquantity．ThenumericalmodelofGaussianbeampropagationthroughanarbitrarythicknessphasescreenisestablished，basedontheKolmogorovspectrum，andtheanalyticexpressionwhichiseasytobetreatedisalsogiven．Meantime，thescintillationindexandRytovvarianceareanalyzed．Theresultsindicatethattheapplicationrangeofa

5、rbitrarythicknessphasescreenmodeliswiderthanthethinphasescreen，andthestatisticdescribingismoreaccurate．Keywordsatmospheric；randomphasescreen；scintillationindex；Rytovtheory；OaussianbeamOClScodes010．1290：010．1300；010．1330；010．10801引言为了在实验室内研究高斯光束在随机介质中的传输特性，对室内仿真自适应光学及激光通信等应从世界上第一台激光器问世以来，激光因其良好的相

6、干性、方向性及能量集中性等特点在各个领用起到理论指导作用，通常将随机相位屏置于光源和接收器之间模拟湍流随机介质，进而研究高斯光域得到了广泛应用，发展突飞猛进，使光学以及整个束在随机相位屏中的传输统计特性。Booker等口]现代科学的面貌焕然一新。随着激光应用技术的不给出了平面波经过和随机湍流介质具有相同折射率断推进，人们逐渐意识到大气湍流对于激光传输特性影响的重要性。人类活动和太阳辐照变化等因素波动功率谱的随机相位屏后的近似数学表达。使大气微小温度随机变化，导致大气风速随机变化，Andrews等应用交叉结合传输理论，对高斯光束从而形成大气的湍流运动。激光在大气中长距离传在薄随机相位屏中

7、的传输统计特性进行了详细分输时，因受到大气湍流效应的影响而产生一系列现析。Mantravadi等_3]在实验室内利用相位屏模拟随机湍流介质，并且给出了随机相位屏所能实现的象，如大气闪烁、相位面的扰动、到达角的起伏、光束湍流强度和光学系统的关系。很多学者也利用数学整体漂移、光束湍流扩展等。收稿日期：2013—01—23；收到修改稿日期：2013—04—01基金项目：吉林省重大科技专项(20126015)作者简介：王锐(1982一)，男，博士，副研