雷射大氣傳輸

雷射大氣傳輸是以大氣為傳播媒質的一種雷射傳輸方式。

基本介紹

• 中文名：雷射大氣傳輸
• 外文名：laser atmospheric propagation

雷射簡介

雷射是一種電磁波，具有很好的相干性、單色性和方向性。用它作為載波傳遞信息，容量大、距離遠、保密性高、抗干擾性強。

雷射是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導體之後，人類的又一重大發明，被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”。

光是從組成物質的原子中發射出來的，原子獲得能量後處於不穩定狀態（也就是激髮狀態），它會以光子的形式把能量發射出去。而雷射，就是被引誘（激發）出來的光子佇列，這光子佇列中的光子們，光學特性一樣，步調極其一致。打個比方就是，普通光源，比如電燈泡發出來的光子各不同，而且會各個方向亂跑，很不團結，但是雷射中的光子們則是心往一處想，勁往一處使，這導致它們所向披靡，威力很大，以至於，人們過去常把雷射稱為“死光”。

雷射最初的中文名叫做“鐳射”、“萊塞”，是它的英文名稱LASER的音譯，是取自英文LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的各單詞頭一個字母組成的縮寫詞。意思是“通過受激輻射光擴大”。雷射的英文全名已經完全表達了製造雷射的主要過程，雷射的原理早在1916年已被著名的美國物理學家愛因斯坦發現。1964年按照我國著名科學家錢學森建議將“光受激輻射”改稱“雷射”。雷射套用很廣泛，主要有雷射打標、雷射焊接、雷射切割、光纖通信、雷射光譜、雷射測距、雷射雷達、雷射武器、雷射唱片、雷射指示器、雷射矯視、雷射美容、雷射掃描、雷射滅蚊器等等。

雷射的特點：定向發光、量度極高。

影響因素

雷射大氣傳輸是大氣雷射通信的關鍵。雷射在大氣中傳輸的特性和規律，直接影響大氣雷射通信的質量。研究表明：對雷射大氣傳輸產生重要影響的因素有大氣衰減、大氣湍流和非線性光學效應。

2.1大氣衰減

大氣衰減是指由於大氣吸收散射使雷射能量損失，從而影響傳輸距離和可靠性。吸收雷射的主要大氣氣體分子有H2O、CO2、O3分子；其它像CH4、N2O、CO等的吸收，在長距離傳輸時也要考慮。每一種氣體分子均有若干吸收帶，吸收帶之間有較大透過率的波長區域稱為大氣視窗，主要有8~14μm，3~5μm和1~2μm三個視窗區，見表。選用波長在大氣視窗的雷射可以有較大透過率。大氣散射引起衰減主要由於大氣氣體分子和懸浮在空中的灰塵、煙霧、水滴以及霧、霾、雨和雪等的一次或多次散射。

表1 紅外輻射大氣視窗波長（um）

2.2大氣湍流

大氣湍流即大氣層的漩渦流動。它使大氣的速度、溫度和折射率均在時間和空間上隨機起伏，使雷射的波陣面發生畸變，因而光束展寬、抖動和彎曲。接收到的光斑閃爍、漂移，使雷射束的相干性變差。理論和實驗研究證明，可用波陣面自適應相位補償法來克服湍流引起的波陣面畸變。我國還提出在接收機電路中採用快速AGC電路和降低接收機低頻回響來克服大氣湍流的影響，比較簡單有效。此外，採用分集接收方法也能減少湍流效應。

2.3非線性光學效應

非線性光學效應是強雷射在大氣中傳輸時顯示出這一效應。主要包括熱暈效應和氣體擊穿效應。熱暈效應是由於大氣吸收雷射能量導致光路上的大氣加熱，折射率改變，使雷射束擴散、畸變和彎曲。氣體擊穿效應是指雷射輻射和大氣相互作用導致大氣氣體電離，形成一個高密度的、能強烈吸收雷射能量的電漿區，因而限制了高功率雷射在大氣中傳輸。