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1、-激光在大氣中的傳輸特性研究及仿真呂宏飛，田愛玲，韓峰、王紅軍、劉丙才（西安工業(yè)大學光電工程學院，西安710032）摘要：激光在大氣中傳輸受到各種因素的影響。本文以脈沖激光測距設(shè)計的實際需要為出發(fā)點，從大氣的組成入手，對激光在大氣中傳輸?shù)睦碚撎匦赃M行研究，并建立激光大氣傳輸系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型。而激光在大氣中的衰減主要受到大氣分子的吸收、大氣中微粒的散射和大氣的折射影響。針對以上幾個因素的影響，本文在選擇波長的基礎(chǔ)上，用MATBLE對激光經(jīng)過大氣散射后的透射率進行仿真，并對仿真結(jié)果和實際測量結(jié)果進行分析。通過數(shù)
2、據(jù)計算和MATBLE的仿真可以證明，在傳輸距離相同的條件下，波長越長，分子的散射越弱；波長越短，其散射越明顯。關(guān)鍵詞：激光測距，大氣傳輸，吸收，散射中圖分類號：TN241文獻標志碼：AStudyandSimulationoftheTransmissioncharacteristicsoflaserpropagationintheatmosphere（LvHongfeiTianAilingHanFengWangHongjunLiuBingcai）（Xi’anTechnologicalUniversity）Abs
3、tract:Laserpropagationinatmosphereundertheinfluenceofvariousfactors.Thepulselaserrangefinderdesignpracticalneedsasthestartingpoint,fromthestartwiththecompositionoftheatmosphere,thetheoryoflaserpropagationintheatmospherewerestudied,andtheestablishmentofatmos
4、phericlasercommunicationsystemtransferfunctionmodel.Whilethelaserbeamintheatmosphereattenuationbyatmosphericmolecularcharge,atmosphericparticulatebackscatteringandatmosphericrefractioneffects.Inviewoftheabovetheinfluenceofseveralfactors,theselectionbasedonw
5、avelength,MATBLEonlaseratmosphericscatteringtransmissivityaresimulated,andthesimulationresultsandactualmeasurementresultanalysis.ThroughthedatacalculationandMATBLEsimulationcanbeproved,thetransmissiondistanceunderthesameconditions,thelongerwavelengths,molec
6、ularscatteringisweak;theshorterwavelength,scatteringmoreobvious.KeyWords:Laserranging;Atmospherictransmission;Absorption;Scattering引言.-鑒于探測信號和不同波長的激光等在大氣中傳輸，因多種因素引起的能量衰減，影響了脈沖激光測距的性能。本文通過對激光在大氣中的傳輸特性進行研究和分析，為激光測距的設(shè)計提供理論依據(jù)。使激光測距的性能得到有效地改善，有利于解決實際應(yīng)用中必須考慮的問題。1
7、激光在大氣中的衰減大氣是由多種氣體分子和懸浮微粒組成的混合體。比如：煙、霧和塵埃等，以及雨雪等的自然現(xiàn)象，都會使激光在傳輸過程中造成部分能量損失。激光在大氣中傳輸受到多種因素的影響，比如：大氣的氣溶膠及大氣分子（如CO2、H2O和O3）的吸收和散射等。大氣對激光引起的衰減主要有大氣分子吸收、大氣分子散射。吸收是把輻射能變成其它形式的能量，而散射則會使傳輸方向發(fā)生偏離，其衰減規(guī)律遵從朗伯-比爾定律。當功率為Pλ的單色光在大氣中傳播時，因吸收和散射而衰減。由于吸收和散射對輻射衰減的相對值都與傳輸距離成正比，其大氣
8、衰減系數(shù)可表示為：(1)是吸收系數(shù)，為散射系數(shù)，為衰減系數(shù)。當激光在大氣中傳輸時，會因為吸收和散射使能量隨著傳輸距離的增加而不斷衰減。由于激光有著良好的單色性，依據(jù)朗伯-比爾定律：透射比等于透射光強與入射光強之比?？杀硎緸椋?2)L為激光在大氣中傳輸?shù)木嚯x；為從激光器發(fā)出傳輸距離0時的功率；為激光在大氣中傳輸距離L，經(jīng)過衰減后的功率；為波長為的激光衰減系數(shù)；激光在大氣中傳輸L后的透射率。進而有透射率
