海洋湍流下的CGSM光束传播:光谱特性与参数影响

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本文研究了海洋湍流对余弦-高斯相关谢尔模型(Cosine-Gaussian Correlated Schell Model, CGSM)光束传播的影响。基于扩展的惠更斯-菲涅耳原理,作者推导出了一种解析方法,用于计算在海洋湍流条件下CGSM光束的跨谱密度函数。这种函数反映了光束在不同频率成分之间的相互作用,是评估光束特性如功率分布和相位稳定性的重要指标。 研究中,重点考察了三个关键的海洋湍流参数:温度-盐度平衡参数ω、均方温度耗散率χ(T)以及每单位质量ε的能量耗散率。这些参数直接影响光束的光谱密度,即不同频率成分的强度分布,以及光谱相干度,即光束中不同频率成分之间的相关程度。海洋湍流的存在会改变光束的这些特性,使得它们在传播过程中经历衰减、扩散和随机相位变化,从而导致光束的品质恶化。 通过数值模拟,作者揭示了这些参数如何具体影响CGSM光束的光谱密度和光谱相干度。例如,温度耗散率的增加可能导致光束中心部分的强度降低,而边缘部分则可能更加分散。平衡参数ω的变化可能引起光束形状的变形,而能量耗散率ε的增加则会加速这种变形和失相干过程。因此,对于在海洋环境下工作的光纤通信系统或者激光测距应用,理解和控制这些效应至关重要,以便设计出抗干扰性能更强的光学系统。 本研究深入剖析了海洋湍流对CGSM光束传播的物理机制,为优化光束在复杂海洋环境中的传输性能提供了理论依据。这不仅有助于提升光纤通信系统的可靠性,也对海洋观测、海洋工程等领域中的光学技术发展具有实际意义。