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基于Mie散射的CO2激光大气传输特性测量

张合勇 王挺峰 邵俊峰 赵帅 郭劲

张合勇, 王挺峰, 邵俊峰, 赵帅, 郭劲. 基于Mie散射的CO2激光大气传输特性测量[J]. 中国光学(中英文), 2010, 3(4): 353-362.
引用本文: 张合勇, 王挺峰, 邵俊峰, 赵帅, 郭劲. 基于Mie散射的CO2激光大气传输特性测量[J]. 中国光学(中英文), 2010, 3(4): 353-362.
ZHANG He-yong, WANG Ting-feng, SHAO Jun-feng, ZHAO Shuai, GUO Jin. Measurement of CO2 laser atmospheric transmission property based on Mie scattering[J]. Chinese Optics, 2010, 3(4): 353-362.
Citation: ZHANG He-yong, WANG Ting-feng, SHAO Jun-feng, ZHAO Shuai, GUO Jin. Measurement of CO2 laser atmospheric transmission property based on Mie scattering[J]. Chinese Optics, 2010, 3(4): 353-362.

基于Mie散射的CO2激光大气传输特性测量

基金项目: 

中国科学院院长优秀奖获得者科研专项启动资金

详细信息
    作者简介:


    张合勇(1982—),男,贵州福泉人,硕士研究生,主要从事激光大气传输以及激光应用等方面的研究。 E-mail:yonghezhang1116@126.com
    王挺峰(1977—),男,山东文登人,博士研究生,副研究员,硕士生导师,主要从事激光应用等方面的研究。 E-mail:wtfeng@sina.com
    邵俊峰(1984—),男,安徽淮北人,硕士研究生,主要从事激光与物质相互作用等方面的研究。 E-mail:shao_junfeng@hotmail.com
    赵 帅(1981—),男,吉林通化人,硕士研究生,主要从事激光应用等方面的研究。 E-mail:zs040148@yahoo.com.cn
    郭 劲(1964—):男,吉林长春人,研究员,博士生导师,主要从事光电对抗技术与装备研制等方面的研究。 E-mail:guojin_1964@126.com


    张合勇(1982—),男,贵州福泉人,硕士研究生,主要从事激光大气传输以及激光应用等方面的研究。 E-mail:yonghezhang1116@126.com
    王挺峰(1977—),男,山东文登人,博士研究生,副研究员,硕士生导师,主要从事激光应用等方面的研究。 E-mail:wtfeng@sina.com
    邵俊峰(1984—),男,安徽淮北人,硕士研究生,主要从事激光与物质相互作用等方面的研究。 E-mail:shao_junfeng@hotmail.com
    赵 帅(1981—),男,吉林通化人,硕士研究生,主要从事激光应用等方面的研究。 E-mail:zs040148@yahoo.com.cn
    郭 劲(1964—):男,吉林长春人,研究员,博士生导师,主要从事光电对抗技术与装备研制等方面的研究。 E-mail:guojin_1964@126.com


    张合勇(1982—),男,贵州福泉人,硕士研究生,主要从事激光大气传输以及激光应用等方面的研究。 E-mail:yonghezhang1116@126.com
    王挺峰(1977—),男,山东文登人,博士研究生,副研究员,硕士生导师,主要从事激光应用等方面的研究。 E-mail:wtfeng@sina.com
    邵俊峰(1984—),男,安徽淮北人,硕士研究生,主要从事激光与物质相互作用等方面的研究。 E-mail:shao_junfeng@hotmail.com
    赵 帅(1981—),男,吉林通化人,硕士研究生,主要从事激光应用等方面的研究。 E-mail:zs040148@yahoo.com.cn
    郭 劲(1964—):男,吉林长春人,研究员,博士生导师,主要从事光电对抗技术与装备研制等方面的研究。 E-mail:guojin_1964@126.com

  • 中图分类号: TN249; P407.5

Measurement of CO2 laser atmospheric transmission property based on Mie scattering

  • 摘要: 为了更准确地计算大气透过率,在Mie散射理论基础上,分析了雷达系统设计中需考虑的大气透过率的经验计算公式,指出了该经验公式的不足。考虑大气分析软件MODTRAN自身的优点,采用经验公式和软件计算相结合的方式计算大气透过率,给出了MODTRAN计算结果的修正表达式。在该理论指导下,进行了CO2激光大气传输实验。由于没有考虑大气湍流,理论计算和实验结果存在一定偏差,但不影响本文方法的实用性。实验测量显示,激光器出口处光斑能量抖动比为6.18%,而在50 m和1 km处能量抖动比分别为8.3%和50.2%,表明随着传输距离增加,能量抖动比增大。除掉激光器本身输出能量抖动外,在50 m和1 km处由大气传输造成的能量抖动比分别为2.12%和44.02%。实验结果提示,水平传输1 km时能量抖动已相当剧烈,所以对更远距离的激光传输,自适应光学补偿显得尤为重要。

     

  • [1] 阴俊燕,尹福昌,陈明,等. 影响激光大气传输因素分析 [J]. 红外与激光工程 ,2008,37:399-402. YIN J Y,YIN F CH,CHEN M,et al.. Impact on laser transmission in atmosphere [J]. Infrared and Laser Eng., 2008,37:399-402.(in Chinese) [2] 于继平,齐文宗,郭春凤,等. 激光大气传输特性的数值模拟 [J]. 激光与红外 ,2008 ,38(6):523-527. YU J P,QI W Z,GUO CH F,et al.. Numerical simulation of laser propagation through atmospheric turbulence [J]. Laser & Infrared,2008,38(6):523-527.(in Chinese) [3] 庞春颖,张涛. 激光主动成像系统信噪比模型的研究 [J]. 光学 精密工程 ,2008,16(2):615-621. PANG CH Y,ZHANG T. Signal-to-noise ratio model of laser active imaging system [J]. Opt. Precision Eng.,2008,16(2):615-621.(in Chinese) [4] MCDONALD T E. Range-gated imaging experiment s using gated intensifiers [J]. SPIE,1999,3642:142-148. [5] DAVID D,STEVE B. Long-range laser illuminated imaging:analysis and experimental demonstrations [J]. Opt. Eng.,2001,40(6):1001-1009. [6] 王智,贾书洪,张晓辉,等. 激光主动成像图像的多帧后处理算法研究 [J]. 光学 精密工程 ,2007,15(4):615-621. WANG ZH,JIA SH H,ZHANG X H,et al.. Multiframe postprocessing algorithm of laser active imaging images [J]. Opt. Precision Eng.,2007,15(4):615-621.(in English) [7] COOKE C R. Automatic laser tracking and ranging system [J]. Appl. Opt.,1972,11(2):277-284. [8] 袁纵横,张静,张文涛,等. 基于大气湍流效应的双波长激光传输特性实验研究 [J]. 光学技术 ,2009,35(5):686-690. YUAN Z H,ZHANG J,ZHANG W T,et al.. Experimental study on transmission characteristics of dual wavelength laser in atmospheric turbulence [J]. Opt. Technique,2009,35(5):686-690.(in Chinese) [9] 柯熙政,马冬冬,刘佳妮. 激光在雾中传输的衰减研究 [J]. 光散射学报 ,2009,21(2):104-109. KE X ZH,MA D D,LIU J N. Study attenuation of laser transmission in fog [J]. Chinese J. Light Scattering,2009,21(2):104-109.(in Chinese) [10] 袁易君,任德明,胡孝勇. Mie理论递推计算散射相位函数 [J]. 光散射学报 ,2006,17(4):366-371. YUAN Y J,REN D M,HU X Y. Computing scattering phase function by recursive formula of Mie theory [J]. Chinese J. Light Scattering,2006,17(4):366-371.(in Chinese) [11] FU Q,SUN W B. Mie theory for light scattering by a spherical particle in an absorbing medium [J]. Appl. Opt.,2001,40 (9):1353-1361. [12] WICOMBE W J . Improved Mie scattering algorithms [J]. Appl. Opt.,1980,19:1505-1509. [13] 戴永江.激光雷达原理 [M]. 北京:国防工业出版社,2001. DAI Y J. The Principle of Lidar [M]. Beijing:National Defence Industry Press,2001.(in Chinese) [14] 吴健,杨春平,刘建斌,等.大气中的光传输理论 [M]. 北京:北京邮电大学出版社,2006. WU J,YANG CH P,LIU J B,et al.. Optical Transmission Theory in the Atmosphere [M]. Beijing:Beijing University of Posts and Telecommunications Press,2006.(in Chinese)
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-03-12
  • 修回日期:  2010-06-13
  • 刊出日期:  2010-08-25

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