随机光场入射时的猫眼效应研究

论文摘要

在实际战场上,利用光学系统的猫眼效应进行主动激光探测时,激光的传输不可避免的要受到大气湍流的影响,使到达猫眼系统(本文指所要探测的目标光学系统)的光束发生扩展、漂移、光强闪烁、相位起伏、波面畸变等一列的效应,即大气湍流效应。这些湍流效应对猫眼效应的利用是不利的。研究光学系统的猫眼效应的传统方法,主要建立在规则光束入射时的几何光学方法。但是,探测激光发射后,在传输过程中受到大气湍流的影响,到达目标光学系统时的光场,已经是一个带有湍流统计特征的随机光场。那么,在对利用猫眼效应进行主动激光探测的可行性分析时,目标光学系统的猫眼效应,已经不能沿用传统的几何方法来分析了。如何对随机光场经过光学系统的传输进行相关的研究和分析,是本文的主要工作。本文工作的主要研究成果如下:(1)通过多相位屏法,数值模拟了激光通过大气湍流的传输,获得了到达猫眼系统的随机光场分布;(2)提出了一种计算相位屏的新方法,将Malacara多项式用于产生湍流相位屏,并与Zernike多项式法的模拟结果进行比较,发现其结果更接近统计理论值;(3)提出了一种利用随机光场相位起伏分布构建波面几何形态的方法,为研究随机畸变波面的形态变化提供了前提条件;(4)利用Collins衍射积分法,计算并模拟了随机光场入射时的回波光场分布,为研究光束的回程传输提供了初始条件;(5)在Matlab环境下将上述的整个传输过程进行了程序仿真,输入相关的参数,可获得相关的传输结果和图像。该程序为此项课题最终的软件形成,奠定了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪言
• 1.1 课题研究背景、目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要任务
• 第二章 大气湍流对激光传输的影响
• 2.1 引言
• 2.2 大气湍流概述
• 2.3 大气湍流统计模型
• 2.4 折射率起伏功率谱密度
• 2.5 激光大气传输湍流效应
• 2.5.1 光强起伏（大气闪烁）
• 2.5.2 相位起伏与到达角起伏
• 2.5.3 光束漂移和光束扩展
• 第三章 激光通过大气湍流传输的数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 抛物线方程及薄屏理论
• 3.3 湍流相位屏的构造方法介绍
• 3.3.1 FFT 谱反演法
• 3.3.2 Zernike 多项式法
• 3.3.3 Malacara 多项式法
• 3.3.4 几种产生相位屏方法的比较
• 3.4 到达猫眼系统的随机光场模拟
• 第四章 光学系统的猫眼效应
• 4.1 引言
• 4.2 光学系统猫眼效应原理
• 4.3 平行光束入射时的猫眼效应研究
• 4.3.1 光敏面离焦对猫眼效应的影响
• 4.3.2 入射角对猫眼效应的影响
• 4.3.3 回波功率的计算和分析
• 4.4 适用条件分析
• 第五章 随机光场入射时的猫眼效应研究
• 5.1 引言
• 5.2 随机光场经过猫眼系统的传输
• 5.2.1 Collins 衍射积分公式
• 5.2.2 通过猫眼系统后的回波场分布
• 5.2.3 回波场与入射场的功率比较
• 5.3 畸变波面经过光学系统的形态变化
• 5.3.1 由相位起伏构造入射波面的几何形态
• 5.3.2 回波波面的几何形态构造
• 5.3.3 两种回波波面构造方法的比较
• 第六章 结束语
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 攻读硕士期间所获的奖励
• 个人简历