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高斯-谢尔模型光束于海洋湍流中传输特性的探究

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简介:
本研究探讨了高斯-谢尔模型光束在海洋湍流中的传播特性,分析其传输过程中的扩散和变形规律,为水下光学通信提供理论支持。 基于最近发展的描述海洋湍流的空间功率谱函数以及线性介质中的广义惠更斯-菲涅耳积分公式,我们推导出了多高斯-谢尔模型光束的光强、相干度及光束质量分子M2的解析表达式,并研究了海洋湍流对这种模型光束传输特性的影响。数值计算结果表明,海洋湍流显著影响多高斯-谢尔模型光束的传输特性。通过适当选择光束参数,在远场条件下可以形成平顶分布,且该分布即使在存在湍流的情况下也能保持相当长的距离。此外,我们发现随着多高斯-谢尔模型光束级次N的增加,由海洋湍流引起的光束扩展减小。

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    本研究探讨了高斯-谢尔模型光束在海洋湍流中的传播特性,分析其传输过程中的扩散和变形规律,为水下光学通信提供理论支持。 基于最近发展的描述海洋湍流的空间功率谱函数以及线性介质中的广义惠更斯-菲涅耳积分公式,我们推导出了多高斯-谢尔模型光束的光强、相干度及光束质量分子M2的解析表达式,并研究了海洋湍流对这种模型光束传输特性的影响。数值计算结果表明,海洋湍流显著影响多高斯-谢尔模型光束的传输特性。通过适当选择光束参数,在远场条件下可以形成平顶分布,且该分布即使在存在湍流的情况下也能保持相当长的距离。此外,我们发现随着多高斯-谢尔模型光束级次N的增加,由海洋湍流引起的光束扩展减小。
  • 阵列相位屏法
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    本研究利用相位屏法对高斯阵列光束在海洋湍流中的传输特性进行数值模拟,探讨其在复杂介质环境下的传播规律与应用潜力。 基于功率谱反演法生成海洋湍流相位屏,并对多次传输过程进行统计平均分析。研究了不同海洋湍流参数下,矩形分布、径向分布及单束高斯阵列光束的长曝光光斑半径、质心漂移特性和光强闪烁特性。 结果表明:随着湍流强度或传输距离增加,光束的长曝光光斑半径、质心漂移标准差和轴上闪烁系数均增大;同时,在一定条件下,高斯阵列与单束高斯光的光斑半径趋于一致。当进一步延长传输距离时,单束高斯光线斑略大。 此外,相较于单束高斯光,相同湍流条件下的阵列光束具有更小的质心漂移标准差;但其轴上闪烁系数较大。与大气湍流相比,海洋湍流表现出更强的闪烁效应。
  • 涡旋闪烁因子
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    本文研究了在海洋湍流环境中,涡旋光束传输时的闪烁现象,并提出了量化闪烁强度的新方法——闪烁因子。通过理论分析与数值模拟相结合的方式,探讨不同条件下涡旋光束传输特性及其稳定性的影响因素,为深海光学通信及遥感技术的发展提供理论依据和技术支持。 本段落采用分步相位屏方法对涡旋光束在海洋中的传输进行了仿真,并对其在湍流环境下的强度分布及闪烁因子变化进行了详细计算。研究结果显示,在增加的传输距离下,涡旋光束呈现出斑点扩散的现象且中心暗区逐渐消失。 此外,通过调整代表不同海洋湍流条件的相位屏参数发现:当均方温度耗散率增大、或海水中温盐度波动强度增强及单位质量液体中的湍流动能耗散率减小时,会导致涡旋光束轴线上闪烁因子显著增加。特别地,在传输距离达到某一阈值后,随着拓扑荷数的提高,与高斯光束相比,涡旋光束的闪烁因子逐渐下降,并且这种降低的趋势会更加明显。
  • 强度在大气仿真
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    本研究通过计算机仿真技术探讨了高斯光束在存在大气湍流条件下的光强度传输特性,分析其变化规律与影响因素。 研究了高斯光束在大气湍流中的传输特性,分析了其对光强和相位的影响。
  • gauss.rar_在大气相位屏与_相位
    优质
    本资源为Gauss.rar,包含研究光在大气中传播时遇到的相位屏及湍流效应对高斯光束相位的影响的相关资料。 高斯光束在大气湍流中的传输会受到相位屏的影响,并且会导致灰度图及光强的变化。
  • 在大气强度仿真分析.zip
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    本研究通过计算机仿真技术,探讨了高斯光束在受到大气湍流影响下的传播特性及光强分布变化规律。 高斯光束在大气湍流传输仿真.zip
  • 仿真_大气影响_大气_屏效应.zip
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    本资源提供高斯光束在大气湍流条件下的仿真模型,分析了大气传输过程中的湍流屏效应对激光束的影响。 高斯光斑仿真 大气湍流 大气湍流屏 高斯光束大气 传输.zip
  • 在大气仿真源码(强度和大气).zip
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    本资源提供了一套用于模拟高斯光束通过受湍流影响的大气环境时传输特性的MATLAB代码,包括光强度变化与大气散射效应。 标题描述的主题是关于高斯光束在大气湍流传输的仿真研究,这是一个结合了光学、光通信及大气物理学领域的复杂课题。 高斯光束作为激光物理中的核心概念之一,用于描绘从激光器发出光线的具体特性,在本场景中特别关注该类光束穿越含有不理想条件的大气时的行为表现。具体来说,当遇到大气湍流(即空气层内部温度、压力和密度的随机变化)的情况下,这些波动会导致光线传播路径发生微小偏移,并影响到光学系统的性能。 高斯光束在经历这种传输过程中的仿真通常采用数值模拟技术来实现: 1. **光学模型**:如Huygens-Fresnel原理或Kirchhoff积分等方法用于计算波的干涉与衍射效应。 2. **湍流理论**:Rytov近似和Kolmogorov湍流理论为研究大气对光束传播的影响提供了基础。 3. **数值技术手段**:包括有限差分法、快速傅里叶变换(FFT)及蒙特卡洛模拟等工具,用于追踪光线在传输过程中因相位变化导致的强度分布情况。 4. **高斯光束特性参数**:如束腰半径、Rayleigh长度和远场发散角等因素对大气中传播行为有着重要影响。 5. **软件实现方式**:可能需要使用特定编程语言(例如MATLAB, Python或C++)编写算法来进行仿真计算。 6. **结果评估方法**:通过光强分布图、M²因子评价标准、点扩散函数(PSF)和光学传递函数(OTF)等手段,以量化大气湍流对光线传输质量的影响程度。 这种类型的模拟研究有助于预测并优化地面通信系统的性能表现,并为天文观测设备提供改进方案。压缩包文件可能包含用于实现上述过程的源代码资源,这些资料对于探索光束在不同水平的大气扰动下的行为模式具有重要价值。
  • 轴向拟及分析(基MATLAB)
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    本研究利用MATLAB软件对高斯光束的轴向光强进行数值模拟,并深入探讨其在不同介质中的传输特性和变化规律。 这是一份高斯光束的轴向光强分布模拟程序,可以用来模拟高斯光束的光强以及其他类型的光束。