大气湍流对激光信号传输影响的研究.pdf

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1、第36卷第4期电子科技大学学报Vol.36No.42007年8月JournalofUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaAug.2007大气湍流对激光信号传输影响的研究张文涛，朱保华(桂林电子科技大学电子工程学院广西桂林541004)【摘要】在不同的大气条件下，分析和研究了大气湍流对激光信号传输时所产生的强度起伏、光束漂移、扩展和相位起伏及到达角起伏等现象，并在此基础上设计了相应的实验方案，对各种效应进行了具体测试。实验结果表明，随机大气信道湍流效应对激光信号传输的影响很大，在不同的条件下，大气湍流效应

2、的不同影响程度、湍流的强弱与阳光的强烈程度有关。晴天中午前后最强，其他时间较弱。这为激光大气通信在大气湍流效应方面提供了一定的依据。关键词光束漂移;光束扩展;强度起伏;湍流中图分类号TB851文献标识码AReseachontheLaserBeamThroughTurbulenceAtmosphereChannelZHANGWen-tao，ZHUBao-hua(DepartmentofElectronicEngineering,GuilinUniversityofElectronicTechnologyGuilinGuangxin541004)AbstractIn

3、laseratmospherecommunicationtechnology,thecharacteristicsoftheatmospherechannelareveryimportantforthecommunicationsystem.Atmosphereturbulencecausestheundulationofbeamintension,theditheringandspreadingofbeam,etc.Theseaffectsofturbulenceareanalyzedandanexperimentsystemisdesigned.Theexp

4、erimentresultsaregivenanddiscussed.Keywordsbeamdithering;beamspreading;intensionundulating;turbulence在激光大气通信技术中，大气信道的特性对通流效应进行了实验分析和研究。信系统的影响是非常重要的，其中大气湍流效应会1大气湍流效应造成通信过程中光束的抖动、强度起伏，以及光束扩展和像点抖动等现象。为了解大气湍流的各种影大气不同部分的物理性质不同，此外，由于热响，建立大气湍流效应模型，利用特定的实验装置和风的原因，大气总是不停地流动，从而形成温度、研究大气湍流对激光束传

5、输的影响是目前激光通信压强、密度、流速、大小等不同的气流旋涡。这些技术中的研究热点。大气湍流运动是由于太阳辐射旋涡也总是处于不停的运动变化之中，它们的运动和各种气象因素所产生的大气温度的微小随机变化相互关联、叠加，形成随机的湍流运动，这就是大(1℃)所导致的大气风速的随机变化而形成。大气温气湍流。大气湍流运动使大气折射率具有起伏的性度的随机变化产生大气密度的随机变化，从而导致质，从而使光波参量(振幅和相位)产生随机起伏，造大气折射率的随机变化。变化的累积效应导致大气成光束的闪烁、弯曲、分裂、扩展、空间相干性降[3]折射率廓行的明显不均匀，从而在湍流大气中传输低、

6、偏振状态起伏等。大气折射率结构常数会随的激光信号的波前也将作随机的起伏，由此引起光高度和时间的变化而发生相应改变，其变化情况分束的抖动、强度起伏闪烁、光束扩展和像点抖动等别如图1和图2所示。大气湍流对光束传输的影响，一系列激光传输的大气湍流效应[1-2]。这些大气湍流与光束直径和湍流尺寸有密切的关系。当光束直径效应将严重影响空间光通信的稳定性和可靠性。为比湍流尺寸小得多时，湍流的主要作用是使光束作了能清楚地了解随机大气湍流效应对激光信号传输为一体而随机偏折，在远处的接收平面上光束中心的影响，本文具体分析了随机大气信道湍流效应的的投影点(光斑位置)则以某个位置为中

7、心而随机跳各种影响机制，并对不同条件下的随机大气信道湍动，即光束漂移。若大气湍流较强，光束有可能会收稿日期：2005−11−11作者简介：张文涛(1976−)，男，博士，讲师，主要从事光电测量、原子光刻技术方面的研究.第4期张文涛等:大气湍流对激光信号传输影响的研究785漂移出可接收的范围，造成光通信的中断。而多数对大小相关，当2/ωll<<时，湍流主要引起光束的的情况是光束直径与湍流尺寸相当或比湍流尺寸大随机漂移；当2/1ωl≈时，湍流使光束截面产生随得多，此时光束截面内包含有许多的湍流漩涡，在机偏转，形成到达角起伏；当2/ωl>>1时，光束截长距离的光通信链

8、路中，所传输光束达到接收