上下行傳輸孔徑接收光強(qiáng)起伏特性分析

楊雨川，關(guān)小偉，李 巖

（西北核技術(shù)研究所，陜西 西安710024）

引言

地星／星地激光傳輸主要應(yīng)用在空間信號(hào)傳輸領(lǐng)域。在激光傳輸過程中，大氣湍流對(duì)激光傳輸質(zhì)量的影響倍受關(guān)注［1－3］。雖然大氣通道存在較大的隨機(jī)性和復(fù)雜性，但結(jié)合大氣湍流理論和數(shù)值模擬方法，能夠?qū)Υ髿馔ǖ乐泄庑盘?hào)的典型規(guī)律和統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行定量和定性分析。地星激光傳輸屬于上行傳輸，光源在大氣層底，而大氣湍流的作用高度一般在30km范圍內(nèi)，30km到衛(wèi)星之間為理想條件下的激光自由傳輸；星地激光傳輸剛好相反為下行傳輸，光源遠(yuǎn)離大氣層，光束先經(jīng)過長(zhǎng)距離的自由傳輸后通過大氣層達(dá)到地面接收端。由于受到大氣湍流的影響，只有部分激光會(huì)進(jìn)入接收系統(tǒng)，且由于上下行大氣通道中湍流擾動(dòng)層的位置不同，接收的激光功率信號(hào)特性存在較大差異。為了分析上下行激光通道模式的差異對(duì)接收光強(qiáng)的影響，本文從大氣湍流理論出發(fā)，結(jié)合位相屏數(shù)值模擬方法，計(jì)算了一定尺寸孔徑內(nèi)接收光強(qiáng)功率與總功率的比值，就模式差異對(duì)接收光強(qiáng)的影響進(jìn)行了討論。

1 數(shù)值模擬方法

激光束在大氣介質(zhì)中傳輸時(shí)其位相和振幅均受到大氣湍流的調(diào)制，對(duì)于這方面的影響，目前普遍采用的研究方法是利用能體現(xiàn)大氣湍流特性的隨機(jī)位相屏來近似模擬大氣的湍流效應(yīng)。位相屏用兩維網(wǎng)格點(diǎn)表示，根據(jù)大氣湍流的功率譜密度函數(shù)得到大氣擾動(dòng)的位相分布。……