光在湍流大气中的传播综述

三. 激光在大气端流中的传播
激光是20 世纪最伟大的发明之一. 激光的高相 干度、高亮度、强方向性是普通光源无法比拟 的优点，它在各个学科与技术领域的应用无所 不在、与日俱增. 但当激光在大气中长距离传 播时，由于大气的影响，相干度、亮度会下降， 光束会发散、抖动，当然还有许多物理上的性 质要改变，激光的优点被大大消蚀. 因此， 要 充分发挥激光的优势，必须了解大气湍流对激 光的影响.
2.2 大气闪烁
光束强度在时间和空间上随机起伏，光强忽大忽 小，即所谓光束强度闪烁。大气闪烁就是由湍流 漩涡引起的
大气闪烁的幅度特性 由接收平面上某点光强I的 对数强度方差来表征
I2 [ln(I / I 0 )]2 4[ln(A/ A0 )]2 4 2
2 2 式中， 可通过理论计算求得，而 I 则可由
2.3光束的弯曲和漂移
光束漂移 在接收平面上，光束中心的投射点（即光斑 位置）以某个统计平均位置为中心，发生快 速的随机性跳动（其频率可由数赫到数十赫）
光束弯曲
若将光束视为一体，经过若干分钟会发现，其 平均方向明显变化，这种慢漂移亦称为。
光束弯曲漂移现象亦称天文折射，主要受制于大 气折射率的起伏。弯曲表现为光束统计位置的慢变化， 漂移则是光束围绕其平均位置的快速跳动。
3. 3 激光束的扩展
湍流大气中传播的激光光斑在时刻漂移着， 如果我们长时间观测（或观察光斑的长曝 光照片），因光斑漂移引起的累加效果会 形成比瞬时光斑（短曝光光斑）大得多的 弥散斑，这通常称为长时扩展. 而湍流大气 的影响也会使激光束的瞬时光斑扩大，通 常称为短时扩展.
四 结论
大气中的湍流对激光束的影响占突出地位, 重点介绍瑞流作用下的激光的三种物理现 象即强度起伏(大气闪烁),光束漂移和扩展。 实现激光在大气中的更好应用，这些问题 是急需解决的
(l0 L L0 ) ( L L0 ) (l0 L L0 ) ( L L0 )
对平面波
对球面波
一般地，波长短，闪烁强，波长长，闪烁小。当湍流强度 增强到一定程度或传输距离增大到一定限度时，闪烁方差就不 再按上述规律继续增大，却略有减小而呈现饱和，故称之为闪 烁的饱和效应。
大 气 端 流
Βιβλιοθήκη Baidu
大气的随机运动造成了大气湍流，其主要起因是地球表 面对气流拖曳造成的风速剪切、太阳辐射对地球表面不 同位置加热的差异或地表热辐射导致的热对流、包含热 量释放的相变过程造成的温度和速度场的改变等。
2.1大气折射率和湍流的影响
光波在大气中传播所呈现的一切性质的改变来 源于空气折射率的影响。空气的折射率由空气 的密度决定。空气主要的变化因素是水汽和二 氧化碳。对空气折射率的研究，目前通用的计 算空气折射率的公式是基于 Edlén 和 Ciddor 的结果.
3.1强度起伏(大气闪烁)
激光束通过有湍流的大气传输时,其强度、相 位和传输方向会受到扰动而出现相应的随机 变化,当光束截面内包含许多瑞流涡旋,引起光 束强度起伏、相位起伏和光束扩展。
3. 2激光束的漂移
湍流大气中光斑的形变特征最为常见的是光斑漂 移. 顾名思义，漂移反映了光斑空间位置的时间 变化. 光斑漂移对激光在大气中的工程应用，如 光学跟踪系统，具有重要的影响 .
实际测量得到。
在弱湍流且湍流强度均匀的条件下：
2 1.23Cn (2 )6/7 L11/6 2 6/7 11/6 12.8 C (2 ) L n 2 2 I 4 2 6/7 11/6 0.496Cn (2 ) L 2 6/7 11/6 1.28 C (2 ) L n
2.4 湍流大气中的光传播现象
当光在湍流大气中传播时，大气湍流造成的折射率的起 伏导致激光波阵面的畸变，破坏了光的相干性. 而相干性 的退化将严重削弱光的光学质量，引起光线的随机漂移、 光能量在湍流大气中的传播光束截面上的重新分布（畸 变、展宽、破碎等）、光实际传播路径长度的起伏、一 定接收面积上光强起伏等.
光在湍流大气中的传播
姓 名：
XX
专业班级：2015级 xxxx
一.前言
大气湍流引起的折射率随机起伏 将导致激光束光场的随机变化， 它会严重限制不同光学工程系统 的使用性能，甚至决定光学工程 系统的技术可行性。因此，研究 光在大气传输湍流效应具有重要 的理论和应用意义。
二. 大气端流
大气层中空气密度规则起伏称为大气湍流。 湍流对光束传输的影的影响称为湍流效应。 如在地球表面，热空气上升，冷空气下沉，形 成空气对流。
谢谢！