大气散射与光脉冲时间展宽：理论与数值研究

大气介质中散射引起的光脉冲时间展宽特性是一项关键的科研课题，由王建玮在电子科技大学光电信息学院进行深入研究。当光脉冲信号穿越大气层时，大气中的粒子散射和湍流效应会使得接收到的脉冲信号在时域内变宽，即产生所谓的脉冲时间展宽效应。这一现象在通信频段较低的情况下影响相对较小，但在高频（数十THz乃至上百THz）时则更为显著，这对高频光通信系统有着直接影响。 研究者们注意到，尽管这个问题已经被提出，但之前的研究并未给出具体解释和结论，直到许正文、吴健等国内学者的工作，他们揭示了散射效应是导致脉冲展宽的主要原因。在实际通信中，特别是高频信号，其通过大气后的时展宽不仅影响通信质量，还直接制约着信号的频率带宽。 研究采用了一种通用的模型，考虑了雾滴谱的分布，这通常在雾滴形成初期适用，但对于稳定的雾滴状态，朱氏和霍格提出了修正的Γ函数作为描述工具。研究团队基于哈夫曼、范·德·哈尔斯特和吴健等人的散射理论，对大气中粒子的浓度和分布进行了详细探讨，他们的方法适用于广泛的入射波长和散射机制。 论文的重点在于分析传输模型中散射导致的脉冲展宽情况，发现即使在光通信常用的发射频率下，一次散射后的展宽影响也非常微小。然而，随着频率的升高，这种影响显著增加，这提示我们在设计高带宽光通信系统时需要充分考虑大气散射带来的挑战。未来的研究可能会着重于开发出能有效对抗大气散射影响的技术和算法，以提高通信系统的性能和稳定性。