湍流大气中部分相干光束对激光通信接收功率影响研究

"湍流大气中部分相干光束扩展对接收光功率的影响" 本文详细探讨了在大气湍流环境中，部分相干高斯谢尔模式（GSM）光束的传播特性，特别是其角扩展如何影响接收端的光功率。研究的核心在于理解和量化这部分损耗，这对于激光通信系统的性能评估和优化至关重要。 在光通信领域，大气湍流是导致信号质量下降的一个重要因素，它能引起光束的随机扩散，即光束扩展，这可能导致对准失配损耗。在本研究中，作者通过数值计算和模拟，对激光角扩展及其对通信链路接收端光功率的影响进行了深入分析。结果表明，当光束的束腰半径、空间相干长度增大或传输距离增加时，接收端的光功率会相应减少。同时，光束的波长增加会增加接收端的功率，这是因为较长的波长能相对减弱湍流的影响。 文章特别强调了部分相干GSM光束与完全相干高斯光束之间的差异。研究发现，部分相干GSM光束在扩展过程中造成的功率损耗小于完全相干光束。在特定的初始条件（如特定的束腰半径、空间相干长度和传输距离）下，部分相干光束的接收功率可以是完全相干光束的2.65倍。这意味着在大气湍流环境中，使用部分相干光束可以显著提高激光通信系统的抗干扰能力和通信效率。 这一研究对于优化大气激光通信系统的设计具有重要意义，尤其是在考虑大气条件不稳定的情况下，选择合适的光束类型可以有效提高通信的稳定性和可靠性。此外，对于跟踪误差的控制也是提升系统性能的关键，因为即使微小的跟踪误差也会加剧由大气湍流引起的光束扩展，从而降低接收功率。 该研究揭示了部分相干GSM光束在湍流大气中相对于完全相干光束的优势，为未来大气激光通信技术的发展提供了理论依据和实验参考。通过深入理解光束扩展现象，工程师和科学家可以更好地设计和调整光通信系统，以适应复杂的大气环境，提高数据传输的效率和安全性。