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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