自由空间光通信大气湍流影响的数值模拟与分析

"自由空间光通信中大气光束传输数值模拟研究" 自由空间光通信是一种新兴的通信技术，它利用光束在大气中直接传输信息，具有高速、高带宽和难以被干扰的优势。然而，大气环境中的各种因素，如湍流、温度变化和湿度，会对光束的传播特性造成显著影响，导致信号质量和传输效率降低。因此，对大气光束传输的研究至关重要。 在本研究中，作者们聚焦于大气湍流对自由空间光通信的影响，特别是大仰角链路的情况。由于实际搭建实验系统的困难，他们采用了数值模拟的方法，这种方法允许研究人员控制参数并进行大量的统计分析。他们构建了一个基于Zernike多项式的大气湍流多相位屏数值模型。Zernike多项式是一种在光学领域广泛使用的数学工具，用于描述光学系统的波前误差，它可以有效地表示大气湍流引起的各种相位扰动。 研究人员使用这个模型对高斯光束在水平链路（0°）和大仰角链路（30°、60°）的传输进行了模拟。通过这种方式，他们能够模拟光束在不同条件下的传播路径，并分析到达角（AOA）的起伏方差。到达角起伏方差是衡量光束在传播过程中方向稳定性的一个关键指标，其变化直接影响接收端的信号质量。 通过900次水平链路的数值仿真，作者们应用了一种经验计算公式来分析到达角起伏方差。结果显示，数值模拟的结果与实验数据的误差在5%以内，这验证了所建立的多相位屏数值模型的有效性。这一研究工作对于理解和减轻大气湍流对自由空间光通信系统的影响具有重要的理论和实践意义。 关键词涉及的技术点包括光通信、自由空间光通信、大气湍流、相位屏以及Zernike多项式。这些概念的深入理解和应用，有助于优化自由空间光通信系统的性能，提高其在复杂大气环境下的可靠性和稳定性。通过数值模拟，研究者能够更准确地预测和补偿由于大气湍流引起的光束漂移，从而改进通信系统的整体设计和性能。