湍流大气中激光通信系统接收功率优化策略研究

"湍流大气中激光通信系统接收光功率的优化研究" 在激光通信领域，尤其是在大气环境中，激光束在传播过程中会受到多种因素的影响，其中大气湍流是导致信号质量下降的重要因素之一。本研究关注的是如何在湍流大气中优化激光通信系统的接收光功率，以提高通信系统的稳定性和效率。 首先，研究采用部分相干高斯-谢尔模型（GSM）来模拟光束，这是因为在实际应用中，激光光源并非完全相干，部分相干模型能更准确地反映真实情况。GSM光束的特点在于它考虑了光源的相干性和光束的扩散，这对理解和预测激光在湍流大气中的行为至关重要。 大气湍流会导致光束的漂移和扩展。漂移是指光束中心位置的随机移动，这增加了瞄准的难度，可能导致接收端接收到的光功率下降。扩展则是指光束直径的增大，使得光功率密度降低，同样会影响通信效果。因此，研究中通过模拟漂移方差和扩展角，来评估这些效应对通信性能的影响。 在分析过程中，研究者综合考虑了光束漂移引起的瞄准误差和光束扩展引起的接收光功率密度的整体下降。他们对激光通信链路中接收端的光功率进行了数值计算，以找到最佳的发射光束参数。这些参数包括光束的束腰半径、空间相干长度、波长以及传播距离，同时考虑了大气湍流的强度。 研究发现，湍流大气中激光通信的最佳发射光束参数与上述因素紧密相关。具体来说，接收端光功率会随波长、束腰半径、空间相干长度和传输距离的变化而变化，并存在一个最优值。这意味着在设计激光通信系统时，需要找到这些参数的最佳组合，以最大化接收端的光功率，从而提高通信质量和可靠性。 此外，湍流强度也是影响光功率的关键因素。在强湍流条件下，光束的漂移和扩展会更为严重，因此需要更精细的控制策略和更强的纠错能力来保证通信的稳定。 这项研究为湍流大气中的激光通信提供了一种优化方法，通过调整发射光束的参数，可以有效地应对大气湍流带来的挑战，提高通信系统的整体性能。这对于远程激光通信、无人机通信、卫星通信等应用具有重要的指导意义。未来的研究可能需要进一步探索更复杂的湍流模型和更高效的光束控制技术，以应对各种环境条件下的通信需求。