激光通过大气湍流的动力学特性研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
61178067
项目类别：
面上项目
资助金额：
65.0万
负责人：
魏计林
依托单位：
太原科技大学
学科分类：
F0510.空间、大气、海洋与环境光学
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
王保忠；李晋红；孟慧艳；杨旭东；冯志芳；邱选兵；李坤；李传亮；李刚；
关键词：
动力学特性光谱分析激光通信复合型气流发生装置大气湍流

项目摘要

激光通过大气的动力学特性因与激光通信、光学雷达、卫星遥感、远距测量、激光武器等方面的应用密切相关，是目前大气光学领域最为活跃的研究热点之一。本项目拟研究激光通过大气的动力学特性中的若干重要问题，包括研究激光束通过大气湍流传输特性;随机电磁光束通过大气湍流的相干性、偏振性等特性;多色部分相干光通过大气湍流的光谱移动、光谱开关;结合人工智能计算建立光束在大气湍流传输中的质量评价体系;利用复合型气流发生装置，实验研究气体的成分、密度、压强等参数和气体湍流、气体平流、气体对流、气体流速对激光传输的影响；激光强度、激光频率与传输介质氧气、氮气、空气的相互作用和非线性效应等；从而揭示激光束通过大气传输的动力学行为。该研究工作将为无线光通信、各种激光武器等实际应用提供理论基础和实验依据。

结项摘要

激光通过大气的动力学特性因与激光通信、光学雷达、卫星遥感、远距测量、激光武器等方面的应用密切相关，是目前大气光学领域最为活跃的研究热点之一。本项目研究了激光通过大气的动力学特性中的若干重要问题，包括研究了激光束通过大气湍流传输特性；随机电磁光束通过大气湍流的相干性、偏振性特性；多色部分相干光通过大气湍流的光谱移动、光谱开关；建立了光束在大气湍流传输中的质量评价体系；设计和制作了复合型气流发生装置，利用该装置分析并测量了不同温度、不同风速对激光传输质量的影响。研究表明，在其它条件相同下，在三种路径中下行传输时部分相干光束受大气湍流的影响最小；与上行传输和水平传输相比，下行传输更有利于激光在大气湍流中传输。部分相干厄米光束在非Kolmogorov大气湍流中传输时，传输距离、湍流外尺度、广义结构常量和空间相关长度越小，湍流内尺度和光束阶数越大，光束传输受非Kolmogorov大气湍流影响越小，光束质量越好。GSM光束在非Kolmogorov大气湍流中传输时有光谱移动（蓝移和红移）和光谱跃变发生，随着广义指数参量的增大、湍流内尺度的增大及广义结构常量的减小，光谱跃变量减小，光谱跃变临界位置增大。研制了一种用于研究激光大气传输效应的Herriott长光程大气湍流发生装置，此装置能模拟出温度差范围为10~200℃，风速范围为0~5.8m/s以及光程为1~100 m的随机大气湍流。该研究工作可为无线光通信、各种激光武器等实际应用提供理论基础和实验依据。