高斯光束特性对法布里-珀罗激光雷达影响及优化

"这篇论文研究了高斯光束在激光雷达中的传输特性，特别是其对法布里-珀罗标准具（FPE）分光的影响。高斯光束的发散角直接影响激光雷达的回波信号，而FPE的光学性能会受到这种影响。文章通过分析高斯光束的FPE三维干涉环，发现小发散角的光束能产生更高能量的零级或一级干涉环。此外，论文讨论了光束品质因子M2和准直倍率对不同高度激光大气回波信号的作用。数值模拟结果显示，FPE对回波信号的透射率随高度变化，并在近场变化显著，远场则较为稳定。同时，透射率与M2值增大而降低，与准直倍率增加而增强。因此，优化激光发射系统的准直倍率和选择低M2值的激光光束可以提高FPE的透射率，减少测量误差。论文还提出对使用FPE的激光雷达近场回波信号进行FPE透射率校正的方法，以提高系统测量精度。" 本文详细探讨了激光雷达技术中的关键要素——高斯光束的传输特性。激光雷达（LIDAR）是利用激光脉冲测量距离、速度和大气参数的遥感技术，而法布里-珀罗标准具（FPE）是其中一种常用的光学元件，用于分光和滤波。高斯光束是激光雷达常用的一种光束类型，其传播特性，尤其是发散角，对探测效果至关重要。发散角小的高斯光束能集中更多的能量，从而在FPE中形成更清晰的干涉环，这有助于提高信号质量。 论文进一步研究了光束品质因子M2和准直倍率这两个参数。M2是衡量光束质量的重要指标，它包括光束的扩散和形状保持能力。数值计算表明，M2值越大，光束扩散越严重，导致FPE的透射率下降。另一方面，准直倍率决定了光束的聚焦程度，增大准直倍率可以增强远距离传输时的光束稳定性，从而提高FPE的透射率。 基于这些发现，作者建议设计和选择具有高准直倍率的发射系统以及低M2值的激光源，以优化FPE的性能。同时，为了减小测量误差，需要对近场回波信号进行FPE透射率校正。这一校正方法对于提高激光雷达系统的整体测量精度具有重要意义。 本文的研究为激光雷达系统的优化提供了理论依据，对于理解高斯光束在实际应用中的行为以及提升激光雷达的探测性能具有重要的实践价值。