湍流大气中激光传输的数值模拟研究

"湍流大气激光传输数值模拟" 在光学通信和远程激光测距等领域，大气湍流对激光束的传播影响显著。本研究详细探讨了大气湍流的统计特性和基本模型，以及如何通过数值模拟来理解这些现象。大气湍流是由温度、压力和湿度的不均匀分布引起的空气折射率的随机变化，它导致激光光束的传播路径发生弯曲，进而影响光束的聚焦质量和能量传播效率。 研究人员利用SVS-Fortran软件中的Ran(I)功能生成的随机数序列，作为模拟大气湍流随机性的基础。这个随机数序列能够客观地描述实际大气湍流的复杂动态行为。通过快速傅里叶变换（FFT）和滤波技术，他们构建了一个等效模型，这个模型可以替代水平方向上的真实大气湍流。此等效模型简化了计算复杂性，同时保持了湍流的统计特性。 大气折射率功率密度谱通常遵循卡尔曼谱模型，这一模型被用来描述大气湍流的强度分布。在本研究中，该模型被用于构建激光在湍流大气中传播的模拟环境。研究人员采用了广义惠更斯-菲涅耳衍射积分算法，这是一种常用的激光传播理论方法，它可以考虑由于大气湍流引起的光波前畸变。 通过快速傅里叶变换和其逆变换（IFFT），研究人员实现了激光在湍流大气中的传播模拟。在模拟过程中，随机相位屏被用来模拟大气湍流引起的相位变化。模拟结果显示，随机相位屏产生的附加相位与大气结构参数（如Cn²）密切相关，这证实了所建立的模型能够准确反映大气湍流对激光传播的实际影响。 这项工作为理解和预测激光在大气湍流中的传播提供了重要的工具，对于优化激光通信系统和远程探测系统的性能具有重要意义。其数值模拟方法可以应用于各种气象条件下的激光传输问题，有助于提升系统的稳定性和可靠性。通过这样的数值模拟，科学家和工程师可以更好地设计和调整激光系统，以适应复杂的大气环境。