题目：大气湍流对光通信系统强度影响的研究

 

光域中的信息处理速率比电域快几个数量级，可以完全克服“电子瓶颈”的制约，因此激光通信在大容量数据通信中具有很多优势。大气激光通信和空间激光通信在不宜铺设光缆的地区具有很好应用前景，但是大气分子和气溶胶的存在对激光产生大气衰减效应，使得接收场的能量降低，此外，大气湍流效应会出现光束扩展、光斑漂移、光强闪烁和到达角起伏等现象。光束阵列是建立高功率激光系统、克服大气湍流影响、实现有效信道补偿的主要方法之一。本论文基于随机介质中的光传输理论，深入研究了线形光束阵列和多层径向光束阵列在大气湍流中传输的强度起伏，并对光束阵列的优化提出了设计方案。

研究结果表明，对于相干合成情况下的均匀线形光束阵列，其远场的闪烁指数小于单光束；在给定传输距离的情况下，闪烁指数并非随着光束的增大持续减小，而是存在最优的光束数目使闪烁指数达到最小值，并且最优的光束数目随着相邻光束间距的增大而减小；在均匀光束阵列最优长度的基础上，可以调整内部光束的位置以得到比均匀排布光束阵列更小的闪烁指数。

此外，在非相干合成条件下，二层光束阵列的闪烁指数小于单光束，闪烁指数随着光束数目的增大而减小，最后趋于稳定值；充分利用光束阵列的优势，可以采用多层光束阵列，在给定光束数目和各层半径比例的情况下，选取最优的阵列半径可以得到最小的闪烁指数，并且最优的阵列半径和其相对应的最小闪烁指数因光束阵列的层数和每层上的光束数目的不同而有差异；由于实际的系统设计可能受到空间的限制，因此在给定阵列面积的情况下，可以通过调整光束阵列的层数和各层上的光束数目以减小闪烁指数。

由于光束位置的排布同时影响了接收场的光强和相位，因此在实际的系统设计中，应当综合考虑光强分布和光强起伏等多种参数，从而减小大气对信号的干扰，提高通信系统的性能。