【摘 要】
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激光波束在斜程湍流大气中的传输特性问题在理论和实际应用方面已经得到了广泛的研究,目前主要是使用部分相干光源来研究斜程湍流大气中波束的漂移和扩展效应,较少使用偏振部
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激光波束在斜程湍流大气中的传输特性问题在理论和实际应用方面已经得到了广泛的研究,目前主要是使用部分相干光源来研究斜程湍流大气中波束的漂移和扩展效应,较少使用偏振部分相干光源。随着人们对大气光学研究的不断深入,光波的相干性和偏振性凭其显著特点得到了广泛关注,相干性和偏振性理论的形成,使统一研究激光波束的光谱特性、相干性和偏振特性成为可能。当使用偏振部分相干激光时,要提高激光工作系统的性能,就必须考虑大气湍流对激光波束产生的扩展和漂移等现象的影响,同时必须考虑偏振部分相干激光波束的退偏特性。本文以偏振部分相干激光波束为研究对象,分析了斜程湍流大气中波束的光强、重心坐标、扩展半径以及偏振度的变化,根据推广的惠更斯-菲涅耳原理,以高斯-谢尔光束为模型,推导了斜程传输情况下偏振部分相干激光波束的光强、重心坐标、扩展半径、扩展角以及偏振度的表达式。对偏振部分相干激光波束在斜程湍流大气中传输时的扩展和漂移变化以及偏振度进行数值仿真,得到在确定的传输距离时,偏振光两正交分量的相位差、方向角、波长、初始束腰半径和接收机高度对激光波束重心坐标和扩展半径的影响;以及在确定的接收机高度下,激光波长、初始光斑尺寸和传输距离对波束光强及偏振度的影响。通过分析偏振部分相干激光波束在斜程湍流大气中波束的光强、漂移、扩展以及退偏特性,可以得到:在确定的接收机高度下,光源的初始束腰半径越大,波束的漂移和扩展效应随传输距离的增大变化越小,光源的波长越大,波束的漂移和扩展效应随传输距离的增大变化越大;在确定的斜程传输距离下,接收机高度越高,波束的漂移和扩展效应越小;在确定的接收机高度和传输距离下,波长越长,偏振度在接收机上的分布越平稳。这些结论为偏振部分相干激光波束在外场大气传输的研究提供理论依据,在激光通讯、激光测距、卫星遥感、激光武器、激光能量传输、激光目标识别和空间光束编码解码等使用激光工作的系统中具有重要意义。
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