436.015.0〔%〉<#^rY000-086420.941J31.381.90激光大气信道相关总结1、大气对信道传输的影响激光在大气中传输主要受到两个方面因素的影响:衰减效应、湍流效应。其中,衰减效应主要影响激光信号的功率,使到达接收端光信号的功率降低,作用方式包括:吸收、散射、折射、反射等。湍流效应主要由大气的不规则随机运动引起,影响光信号的质量,对光信号的相位、强度分布以及光斑的位置等都有较大影响,主要表现形式包括:光束漂移、扩展、闪烁以及到达角起伏等。1.1衰减效应对激光通信的影响衰减效应主要由大气分子、气溶胶以及空气中的微小颗粒物产生,包括吸收、散射、反射、折射的等,是大气的固有属性,可采取相应的措施进行有效的规避或补偿。(1)吸收作用机理:激光穿过大气时,大气中的分子在光波电场的作用下被极化,并以入射光的频率做受迫振动,使部分辐射的光能转换成气体分子的内能,消耗了光波的能量,形成吸收效应。(经相关研究表明,气溶胶粒子由于直径较大,对光的吸收作用不明显)作用特点:使激光功率衰减,但不改变光束的质量。决定因素:分子对光波能量的吸收由分子结构、浓度和吸收光频率所决定,不同的气体分子对不同频率的光吸收的能力不同,具有一定选择性。衰减规律:P(入,x)=P(入,O)exp[—k(入)x]k(入)----吸收系数;x传输距离;大气窗口:大气对某些波段光波的吸收较弱,透过率较高,称这些透过率较高的波段为大气窗口。由于大气是不同分子的复杂混合体,且气体分子的浓度还随着海拔的变化而变化,并考虑散射等因素影响,通过统计分析,地球大气的透过率如下:液K.tUm)图1-1不同波长激光在大气信道中传输的透过率(2)大气散射散射是光在传播过程中遇到微小粒子,使其传播方向发生改变的现象,是电磁波在大气微粒作用下的衍射效应造成(只有当微粒的直径小于或相当于辐射波长时才会发生明显的作用)。其结果会使光在原传播方向上的能量减小,影响光斑形状和光强分布。常用的散射模型:瑞利散射、米氏散射、无选择性散射。大气散射的效果主要表现为两个方面:减小在传播方向上的光能量、改变光斑内的强度分布,使光斑内部有明暗之分。瑞利散射:产生条件:散射微粒直径远小于波长时产生,也称作气体分子散射(10tm量级)。对波长小于40nm的光波作用明显作用比较明显。(大气分子(O.lnm);可见光(400〜760nm);近红外短波(780~1100nm);近红外长波(1100~2526nm))主要作用粒子:大气分子。特点:散射粒子较小,散射光分布较均匀,对波长小于40nm的光波才作用明显比较明显。随着散射分子半径增大,散射增强;随着波长的增大,散射减弱。由此可以推论,可见光比红外光散射强烈,蓝光比红外光散射强烈(形成蓝色天空)。经验公式:G=0.827x2x^3/24m/A散射元横截面积(cm2)N——单位体积内分子数(cm3)入——光波波长(mT表示热力学温度图1-2散射强度与波长的关系米氏散射:产生条件:当空气中粒子的直径大于入射光的波长或者和光的波长可以比拟的时产生,粒子对入射光散射后的散射光分布比较复杂且不对称,瑞利散射不再适用。作用粒子:云、雾、雨、雪等气溶胶粒子以及雾霾等微小粒子。特点:散射光角度分布较为复杂,并且随着粒子直径的增加,散射光集中的角度也越来越窄。(对光信号的影响也相对更大)散射系数经验公式:o=N(r)nr2Q(X,m)r——粒子半径叫――单位体积内的粒子数Qs散射效率(粒子散射的能量与入射到粒子几何截面上的能量之比)无选择性散射:产生条件:当大气中粒子的直径远大于波长时发生的散射。作用粒子:尺寸较大的气溶胶粒子、微粒、尘埃。作用特点:散射强度与波长无关,不具有波长选择性,使原传播方向上的光信号能量严重衰减。(3)大气折射产生原因:由于大气的不均匀特性,导致空气折射率随空间发生变化,使激光传输路径发生偏折的现象。影响因素:大气温度、压强折射率公式:n=1+77.6(1+7,52x10312)(p/T)X106p大气压强(mbar);T——温度;入入射光波长;(P和T是随高度变化的物理量)(4)反射主要发生在云层顶部,取决于云量,而且各波段均受到不同程度的影响,削弱了电磁波到达地面的强度。(5)大...