慧差光束在海洋湍流中的传输特性及其影响

本文主要探讨了慧差光束在海洋湍流中的传输特性，这是一个关键的海洋光学研究领域，对于水下光通信、传感以及激光雷达等技术的发展具有重要意义。研究采用了数值模拟方法来深入分析，主要发现包括以下几点： 1. 慧差影响：海洋湍流显著影响慧差光束的传播，使得原本的慧形分布消失，这意味着光束的形状和聚焦不再保持理想状态。 2. 光束中心位置：慧差光束的质心位置与最大光强位置并不重合，这是因为在湍流作用下，光束的能量分布不再是均匀的。 3. 束宽比较：以最大光强位置和光束质心位置为中心计算的束宽存在差异，前者可能更小，但由于海洋湍流的影响，实际束宽的测量会受到更大的扰动。 4. 能量集中度评估：能量Strehl比是衡量光束能量集中度的重要参数，当慧差增加时，尽管光束的总能量分散，但能量集中度受海洋湍流的影响相对较小。然而，如果使用β参数（定义为给定桶中功率百分比），在特定的慧差系数下，光束能量集中度会显著降低，因此在实际应用中应尽量避免这种情况。 5. 参数区别：能量Strehl比和β参数代表两种不同的能量集中度概念，前者基于能量的定义，后者基于功率的定义。它们对海洋湍流的敏感度不同，使用者在选择评价标准时必须明确区分，以获得更准确的结果。 6. 应用注意事项：理解并考虑这些特性对于设计和优化水下通信系统、传感器和激光雷达至关重要，因为它们决定了信号传输的可靠性和效率。在实际应用中，应尽量减小慧差效应，并选择合适的评价参数以抵消海洋湍流带来的负面影响。 这项研究揭示了海洋湍流对慧差光束传输特性的重要影响，为改善水下光学设备的性能提供了理论依据和技术指导。