空间分布式算法对激光束大气失真的缓解.pdf

本文主要探讨了空间分布式算法在缓解激光束在大气中传播时受到的失真问题，特别是在远程激光通信领域的应用。激光通信在地球大气层内的实施面临着大气湍流导致的光束质量下降的挑战。湍流会引起折射率的变化，使得光能的分布发生任意重排，限制了激光系统的性能。 文章首先介绍了湍流对激光束传播的影响。湍流结合各种天气现象，如雨、雪、冰雹等，会干扰光波传输和远距离观察。激光束的大气失真被认为是实际光通信中的主要障碍，因为它降低了信息容量，增加了误码率，并恶化了接收器的指向精度。当光束在传播过程中因湍流而变形，可能导致接收器无法捕捉到光能量。 为了解决这一问题，文章提出了采用动态波前控制的策略，具体是通过在发射面安装可调的电寻址空间光调节器。这种空间分布式梯度最小化方案用于计算所需的相位剖面，以优化光束的传播。通过仿真和实验，该系统展示了提高会聚度、速度、坚固性和减少闪烁影响的能力。 文章进一步讨论了湍流影响的建模，主要采用了Rytov近似算法，这是描述轻微波动条件下光束传播的标准方法。Rytov近似基于波动方程，通过考虑折射率的随机变化来模拟光波在大气湍流中的行为。此外，还提到了格林函数方法和惠更斯-菲涅尔原理，这些都是求解波动方程的常用手段。 本文提出的空间分布式算法为改善激光束在大气湍流中的传播提供了新的解决方案。通过动态控制激光光束的波前，可以减轻大气失真，从而提升远程激光通信的效率和可靠性。这一研究对于推进激光通信技术在军事、科研和通信网络等领域的应用具有重要意义。