激光在湍流大气中传输时,将产生波束半径扩展,角扩散,到达角起伏方差,漂移及光强闪烁等湍流效应。湍流大气中光传播研究在激光卫星通讯、激光测距、制导、激光雷达与激光遥感等领域有重要应用,因此研究激光波束的大气湍流效应具有重要的学术价值。本文围绕斜程湍流大气中部分相干波束的传输特性,目标回波特性及偏振特性开展研究,取得的主要成果如下:1、给出了Kolmogorov折射率谱模型下部分相干高斯-谢尔模型(GSM)波束的交叉谱密度函数(CSDF)的表达式及波束在湍流大气中传输时波束的有效波束半径,相位波前曲率半径和到达接收面处的波束有效参数的具体表达式。分析了波束束腰半径,波长,传输距离,靶标高度,源相干参数,大气结构常数等参量对湍流大气中波束半径,扩展角,平均强度,半径长期扩展与短期扩展及漂移角起伏的影响。将以上部分相干波束的传输特性与高斯(Gauss)波束做了比较。在Von karman折射率谱模型下,讨论了湍流内、外尺度效应对波束半径及平均强度的影响。2、基于修正Rytov理论和ITU-R大气结构常数模型,在修正Hill谱和von Karman折射率谱模型下得到斜程湍流大气中从弱到强湍流区内考虑湍流内、外尺度效应时,部分相干GSM波束的小尺度对数强度起伏方差,大尺度对数强度起伏方差及总闪烁指数的一般表达式。将部分相干光的闪烁指数与完全相干高斯波束的做了比较,并将部分相干GSM波束分别在修正Hill谱和von Karman谱下的闪烁指数进行了比较。3、基于广义Huygens-Fresnel原理,研究了部分相干GSM光束在湍流大气中从发射机到目标,再从目标到接收机双斜程路径传输下,漫射目标对GSM波束的散射特性。与漫射目标的完全相干高斯光束的散射特性作了比较。同时考虑对数振幅和相位起伏两种情况下,推导了GSM波束在湍流大气中双斜程路径传输时其散射场的互相关函数、到达角起伏方差、强度协方差和强度方差的表达式,讨论了波长、传播距离和束腰半径对散射特性的影响。在Von karman折射率谱模型下,讨论了湍流内、外尺度效应对波束平均强度及对数振幅方差的影响。4、基于广义Huygens-Fresnel原理,得到了斜程湍流大气中部分相干椭圆偏振GSM波束的交叉谱密度矩阵(CSDM)。由斯托克斯(Stokes)参数,得到了斜程湍流大气中部分相干GSM波束的偏振度(DoP)表达式。讨论了源偏振光强比,光斑尺寸,波长及靶标高度等因素对DoP的影响。给出了方向角,椭偏率,偏振光强度的表达式。由入射Stokes矢量incidentS,出射Stokes矢量ExitingS与Mueller矩阵之间的关系推导出Mueller矩阵中的各个参量,给出了部分相干椭圆偏振GSM波束在斜程湍流大气传输过程中描述波束退偏现象的退偏指数(DI)。并退化到水平路径下,将结果与斜程路径下波束的偏振态做了比较。5、基于广义Huygens-Fresnel原理,在von Karman折射率谱下推导得到了斜程湍流大气中部分相干高斯-谢尔模型脉冲(GSMP)波束的双频双点CSDF。使用Markov近似法得到了各向同性湍流中结构常数12D的表达式,在()()1 2 1 2ω-ωω+ω≤1及两个假设条件下,所得理论适用于任意湍流强度和窄带信号源上。给出接收面处GSMP波束的平均强度,波束半径和双频复相干度的表达式,讨论了频率,初始脉冲宽度,束腰半径,天顶角和湍流外尺度对复相干度的影响。