发射与接收成像的互易性研究

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在大气传输过程中,光束由于受到热晕和湍流效应的影响,造成光束畸变、光束发散、相位扰动等现象,从而导致光束质量的下降。光束在大气中传输有关的光学系统受到干扰,传统的光学技术已达不到校正的要求。随着自适应光学技术的出现以及电子技术的发展,动态光学波前误差的实时校正成为可能。大量研究工作者都致力于研究回避或尽量减小激光大气传输畸变的方法,其中自适应光学技术被普遍认为是当前最为有效的方法之一。在实际大气传输过程中,通常对天文成像进行波前直接校正,对上行光等发射光进行波前预校正。由于大气的非均匀性和校正机理的差异性,造成发射光与接受光的远场光斑的成像质量存在着一定的差异性。  由于光波在大气中的传输可以用光波在真空中的自由传播和经过一系列湍流或热晕相位屏传播来描述,因此人们可以通过数值模拟产生相位屏的办法来模拟光波在湍流介质的传输。这种模拟对研究光波的传输特性,改善系统性能提供了便捷的工具,对系统设计和参数优化提供了理论依据。利用谱反演法来模拟畸变相位屏,通过设定激光发射系统的特征参量,计算得出发射光的远场光斑与接收光的远场光斑的峰值斯特列尔比,并根据皮尔逊相关性的定义,计算得出峰值斯特列尔比、相关系数大小随传输效应的特征参量(湍流效应特征参量D/r0、热晕热畸变参量Nd)变化趋势,分析发射光与接收光的斯特列尔比的相对偏差,验证发射光与接受光的远场光斑的互易性。  主要研究工作如下所示:  1、对发射光与接收光的远场光斑做简单介绍,分析自适应光学系统中信标光的测量的实际作用;介绍了研究课题的意义,并给出了论文各章的研究内容。  2、分析影响远场光斑成像质量的因素,对大气光学湍流和热晕效应的基础知识进行了综述,并对自适应光学系统进行了简单描述,简单概括了三者对远场光斑成像质量的影响。  3、对湍流相屏和热晕相屏进行描述,利用相位屏法描述大气湍流和热晕效应的对成像质量的影响,给出相位屏与大气相干长度r0和热畸变参量ND之间的计算关系。并利用滤波函数添加对自适应系统的仿真。利用建立的仿真平台通过对相位屏的传输计算从而得到大气湍流强度D/ro、热晕强度Nd以及光斑远场成像质量斯特列尔比SR、环围能量比等一系列的参数。  4、对仿真得到的发射光与接收光的远场光斑的成像质量进行分析,利用皮尔逊相关系数和相对偏差的分析来确定互易性的可靠性。从而得到湍流效应强度D/r0、热晕强度Nd与发射光与信标光远场光斑成像质量的互易性大小的变化趋势。
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