激光在大气和海水中传输及应用PDF电子书下载

第1章 激光大气传输数学物理基础 1

1.1 光波传输方程及其近似 1

1.1.1 近轴近似标量波动方程 1

1.1.2 光波传输的几种近似求解方法 2

1.1.3 激光大气传输相位校正原理 6

1.2 地球大气的物理基础 7

1.2.1 大气基本状态与结构 7

1.2.2 大气的主要成分 9

1.2.3 大气流体动力学方程及其近似 10

1.3 激光大气衰减基础 12

1.3.1 大气气体分子吸收光谱基础 13

1.3.2 粒子光散射理论基础 19

1.4 大气光学湍流 23

1.4.1 大气湍流量纲分析 23

1.4.2 Kolmogorov湍流及其特征参数 25

1.4.3 非均匀各向同性湍流 29

1.5 小结与展望 30

参考文献 31

第2章 激光在大气和海水中的衰减 33

2.1 大气气体分子的吸收 33

2.1.1 主要大气气体分子的吸收光谱 34

2.1.2 高分辨率、高灵敏度大气吸收光谱的测量方法 43

2.1.3 高分辨率大气分子吸收光谱的部分测量结果 48

2.1.4 激光大气分子吸收计算方法 67

2.2 大气气溶胶的衰减 77

2.2.1 大气气溶胶粒子对激光的吸收及其测量方法 77

2.2.2 气溶胶衰减计算方法 84

2.3 常用激光波长大气吸收和散射系数 97

2.4 激光在海水中的衰减 99

2.4.1 海水中光辐射传输方程 99

2.4.2 海水的光学性质 99

2.4.3 激光在海水中传输 107

2.5 小结与展望 109

参考文献 110

第3章 激光大气传输湍流效应 113

3.1 激光大气传输湍流效应 113

3.1.1 光强和相位起伏及其频谱特性分析 113

3.1.2 光强闪烁 116

3.1.3 光束到达角起伏特征 117

3.1.4 激光传输Strehl比近似理论 122

3.2 湍流效应自适应光学校正 123

3.2.1 湍流效应相位校正及其残差近似分析 124

3.2.2 激光大气传输湍流效应及其相位校正实验研究 126

3.3 激光大气传输相位校正非等晕性 129

3.3.1 聚焦非等晕性 129

3.3.2 角非等晕性 132

3.4 强湍流效应的自适应光学校正若干问题 136

3.4.1 强闪烁效应对相位校正的影响 136

3.4.2 不连续相位及校正研究 141

3.4.3 随机并行梯度下降算法自适应光学校正 148

3.5 小结与展望 153

参考文献 153

第4章 激光大气传输非线性效应 157

4.1 热晕效应的几何光学近似分析及其定标参数 157

4.1.1 稳态热晕效应 158

4.1.2 瞬态热晕效应 165

4.2 整束热晕效应相位补偿近似分析 169

4.2.1 等效热透镜效应的q参数变换 169

4.2.2 整束热晕相位校正定标参数分析 171

4.3 湍流热晕相互作用线性化理论 176

4.3.1 基本方程及其小扰动解 178

4.3.2 相位补偿下的Strehl比表达式 183

4.3.3 定标参数与计算分析 186

4.4 飞秒激光大气传输自聚焦效应 191

4.4.1 自聚焦的物理描述 191

4.4.2 稳态自聚焦理论 192

4.4.3 动态自聚焦理论 195

4.4.4 自聚焦的阈值 196

4.4.5 等离子体散焦效应 197

4.4.6 超短脉冲传输的单丝结构 198

4.4.7 飞秒光丝强度自陷现象 199

4.4.8 光束自净化现象 200

4.4.9 光丝自愈合现象 201

4.5 小结与展望 204

参考文献 204

第5章 高能激光大气传输数值模拟与实验研究 207

5.1 激光大气传输数值计算模式 207

5.1.1 基本方程的坐标变换 207

5.1.2 激光大气传输的数值计算方法 209

5.1.3 激光大气传输的数值计算网格选取的基本原则 221

5.2 高能激光大气传输数值模拟与实验验证研究 224

5.2.1 热晕效应模拟实验研究 224

5.2.2 高能激光热晕效应实验研究 232

5.3 高能激光大气传输定标规律数值仿真研究 243

5.3.1 聚焦平台光束大气传输光束扩展理论分析 243

5.3.2 线性效应引起的光斑扩展 245

5.3.3 湍流效应与热晕效应相互作用的分析 248

5.4 小结与展望 252

参考文献 252

第6章 激光大气传输应用 254

6.1 激光雷达大气探测技术 254

6.1.1 大气成分探测激光雷达发展简介 254

6.1.2 大气风速测量 256

6.1.3 大气湍流参数测量 258

6.2 激光大气传输在光通信中的应用 263

6.2.1 大气对通信的影响 264

6.2.2 激光通信中大气湍流的影响抑制技术 266

6.3 自适应光学鬼成像 273

6.3.1 鬼成像系统 273

6.3.2 自适应光学鬼成像系统 276

6.3.3 自适应光学鬼成像系统实验仿真 277

6.4 小结与展望 278

参考文献 279

附录 常用激光波长大气分子与气溶胶吸收和散射系数 282