大气湍流中部分相干光束光强分布及其偏振特性

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随着人们对大气光通信的深入研究,激光束的相干特性和偏振特性得到了广泛的关注。其中,研究大气湍流中光束的目标回波特性在逆向调制光通信系统中有重要的应用价值。而在相干检测系统中,偏振控制又是不可或缺的一部分,要想更好地去控制本振光的偏振态,就必须了解光束在大气湍流中传输时偏振态的变化机制。因此,研究激光传播时的大气湍流效应具有重要的应用价值。  本文围绕大气湍流中部分相干波束目标回波光强分布特性以及偏振特性展开研究,取得的主要成果如下:  1、根据广义的Huygens-Fresnel原理和修正Von Karmon谱模型,推导了部分相干高斯-谢尔模型(Gaussian-Schell Model,GSM)光束上行传输时的平均光强解析式:获得了GSM光束经角反射器回波后下行传输到接收端的平均光强表达式,并对其进行归一化处理;分析了GSM光束在上行-下行传输过程中平均光强的变化。  2、根据相干和偏振的统一理论以及Stokes参量,并以部分相干电磁高斯-谢尔模型(Electromagnetic Gaussian-Schell Model,EGSM)光束为研究对象,推导了EGSM光束在斜程大气湍流中传输时偏振度(Degree of Polarization,DoP)和偏振方向角的表达式,并用以研究了大气湍流中上行和下行传输时EGSM光束偏振特性的不同。  3、推导了EGSM光束在大气湍流中水平和斜程传输时偏振度的表达式,分析了光束束腰半径、振幅比、波长以及大气折射率结构常数对EGSM光束偏振特性的影响。  研究结果表明:大气湍流双程斜程路径中,准直光束受湍流的影响要小于聚焦光束;接收端在轴归一化光强随角反射器半径的增大先增大,最终趋于稳定值;当光源参数相同条件下,EGSM光束在大气湍流中下行传输时接收端DoP的分布曲线最集中,说明在下行传输时,探测器可以接收更远距离处的信息。
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