大气湍流中超短高斯激光脉冲的时间域展宽建模及其应用

本文主要探讨了大气湍流中超短高斯激光脉冲在时间域的展宽特性，这是光通信领域的一个关键问题。由于大气湍流会随机扰动光束，导致激光脉冲的传输特性发生改变，特别是在传播过程中经历的非线性效应。高斯激光脉冲通过理想高斯滤波器时，其时域展宽行为可以作为一个参考模型，但实际情况下，湍流的影响使得这种简单模型不再适用。 为了解决这个问题，研究者提出了一个创新的方法，即利用级联巴特沃斯滤波器来逼近理想高斯滤波器，以便更准确地模拟在大气湍流中的高斯激光脉冲时间域展宽。这个方法的关键在于，巴特沃斯滤波器的3 dB频率点被与大气湍流的物理参数，如折射率结构常数κ和湍流外尺度，以及传播路径长度等因素紧密关联。这些参数反映了大气湍流的强度和复杂性，它们决定了激光脉冲展宽的程度。 具体来说，通过建立数学模型，作者得到了一个解析表达式，这个表达式将高斯脉冲的展宽与其通过的特定大气湍流环境参数结合起来，从而能够定量预测激光脉冲在不同湍流条件下的展宽效果。这个模型的有效性不仅仅局限于弱湍流区域，而是覆盖了从弱起伏到中等起伏再到强起伏的整个湍流范围。 此外，文中还强调了关键词，如光通信、大气湍流、时间域展宽、逼近、高斯激光脉冲和高斯滤波器，这些都是理解该研究的核心概念。总结起来，这项工作对于优化激光通信系统的性能，特别是在恶劣大气环境下，具有重要的理论意义和实践价值。