《光束在大气湍流中传输的基本理论综述》2400字

光束在大气湍流中传输的基本理论综述1.1大气湍流的概述形成大气湍流时是需要一定的条件，并不是自然形成，必须达到一定的条件才有可能发生，例如风速的变化，热力学动力学条件，在空气中一定要满足不确定性，随机性，但是也有一些有利于形成湍流情况，当高层的空气相对于底层的空气的对流条件低的时候，这时湍流的形成时比较容易的，Hinze对湍流的定义是：湍流是时间和空间的不规则随机变化，可以用不同的统计平均值来计数。很多人都对湍流做出了定义，但是都是不一样的，从上面的集中定义中，我们可以看出并没有一个统一的说法，却可以发现这些学者的定义中有一个是他们所共有的，那就是其不规则的特性征。大气湍流主要有３种性质REF_Ref21457\r\h[13]：由于不规则性，湍流的每个时候的传输都是不能预测的，他是随机变化的，其湍流的能量特点也会随其改变，他的各个能量都会随着时间与空间的坐标而呈现出随机的变化。初始条件很具有依赖性，如果要考虑湍流中的空气改变时的状态，则空气一个很小的改变都会引起湍流很大的变话；标度不变性：很准确的说，假如空间尺度发生改变，时间尺度也就发生应该变得变化。湍流分为强湍流，中等湍流，弱湍流３种。研究者们在折射率结构常数的性质下了很多的努力，通过很多的测量并且记录气象参数，进而研究他们的特征，为的就是能够更好的了解到大气湍流的影响因素，折射率的结构函数区别了他们他们，Cn2，Cn2Cn2z为高度，当这个式子还没有提出分割的规定的时候，Davis首先做出了解释：在强湍流的时候Cn2>2.5×一般情况下，处理光在随机介质中传播的方法大致可分为四类REF_Ref21790\r\h[14]：我们采用的是近似值的方法，我们使用这种方法可以得到介电常数，但是这个值不是精确到而是通过近似得出的，我们得到近似的介电常数然后就可以利用这个值求出在随机介质中的波动方程，进而获得辐射的大小和场的分分布情况（2）假设法，可以通过假设的方法，假设出随机介质的介电常数，直接求解。（3）在遇到多重散射时，则必须简历里严格的方程式子，并对光波的传输方程式做出解截止到目前为止,前三种的激光传输方法都是常用的,它们都是可以直接获得激光波在随机介质中进行传播的结果,第四种的方法主要被应用于验证,我们对这些方法做了一些分析和总结,在湍流介质中研究了激光传输的一些特点,当激光经过大气湍流的时候折射率会发生波动，迫使振幅和相位发生随机的变动，这是产生变化的主要原因，这样会导致激光弯曲分裂，进而降低空间相干性也会使偏振态发生变化。激光光束的直径大小与湍流的大小有这密不可分的联系，他们的大小不同会导致不同的变化，一般情况而言激光光束的直径和湍流的大小是可以比较的，但是当光束的直径远远小于湍流的大小时，湍流则会使光束整体偏移动。此外，在光束我们可以观察不同的干扰情况，但是要在光束波前得不同的位置，从而导致激光束的在时间空间上的随机波动，光强也会随之波动，简称为光束强度的闪烁1.2大气湍流的特点激光有很多有点例如高相干性、高亮度，但是经过大气湍流后，其优点就会发生改变，所以这极大的克制了激光的应用，导致应用缺陷，在大气中有很多的成分，其中不仅仅只有气体还有非气体的成分，所以大气中的东西是比较复杂的，大气中的气体成分对短波的传输影响很大，特别是散射效应，即瑞利散射，这就是为什么天空是蔚蓝色的原因，光谱的吸收是大气分子最重要的性质，每一个气体组分的吸收特性是不一样的。因为由于大气是一种流体,,折射率及容易发生变化,轻微的温度改变也都会导致湍流折射率发生改变,接着有可能促使各种湍流的发生和形成,对于各种光学元件的意义也不一定很多,大气中湍流的介质对于光学传播的影响主要集中在最近时间轴上。例如大雨和烈日下沥青的路面上有着起伏不平的空气,而晴天下星光闪耀则是很简单的现象。湍流的产生会让折射率发生改变进而导致波动，发生畸变，导致光学图像的不清晰，这是因为相干性在湍流的过后发生了改变，天文观测困难的主要原因就是这样导致的。划分湍流的依据：只要是地球上所运动的东西我们都要考虑到科里奥利力（Coriolis）力，当然大气也不例外，所以我们需要考虑到其力。依据流体力学规定，大气则属于地球流体。因为影响大气的因素有很多，在每层的大气中都会随着各种物理量的变化而变化，还有就是昼夜的温度不一致，也会引起变化。大气的雷诺数Re为描述流体特征的基本参量，一般研究大气湍流只关注大气湍流粘性，因而雷诺数RRe=其中，U为流体速度，L为运动的尺度，v表示分子动力学粘性系数。1.3大气湍流的影响大气湍流是指在大气中很多的分子一起做没有规律的运动导致大气中状态发生变化。在大气中一个物理量发生变化，例如温度，压强等发生变化，其他的都会受到影响。从而造成折射比的概率随着空间的位置、时间变化也随之改变。大气中的湍流对于激光产生的影响主要是由于分子簇折射速率随机变化引起闪亮效果。总体而言,大气中的湍流具有不同的各向异性,但是在一个特殊的或者给定的微小范围内,它们却被我们近似地视为均匀且各向异性。大气中的湍流会影响到激光束速度及其受到影响的程度,这些因素与激光束的直径,以及其尺寸相关。例如，当我们选好一定的激光，紧接着将其在大气湍流中传输，这是当激光进入大气湍流中由于湍流的干扰，激光的强度发生变化，随之偏振度也会发生改变，而且这种出现的方式在空间上