一、激光大气传输特性理论与实验研究

大气传输效应是限制各种空间激光系统应用的重要因素之一，本课题组系统的分析了大气衰减效应、大气热晕效应及大气湍流效应对激光传输的影响，为激光系统优化设计与广泛应用提供了理论依据。

（一）阵列光束湍流大气传输特性

随机相位径向阵列光束不同湍流下的光强分布：

径向GSM阵列光束在自由空间和湍流大气中的空间相干度：

（二）大气湍流模拟装置

实验室模拟大气湍流可提供定量可重复的大气湍流环境，为不同激光系统在大气湍流中的传输实验验证提供基础。

电热鼓风大气湍流模拟器加热空气，受迫对流：通过对气流温度和速度的调节形成湍流并控制其强度，可定量分析温度和风速对大气湍流的影响。

（a）实物图 （b）对数光强时间功率谱

图1 实验室电热鼓风大气湍流模拟器

油浴式大气湍流模拟池加热液体，形成对流，在加热升温过程中，上下温差形成对流，这种方法适用于一般大气湍流模拟。

图2 实验室油浴式大气湍流模拟池

（三）激光大气传输特性仿真软件

针对激光在大气中传输时受到的各种效应，课题组开展了系统的理论研究和数值仿真，编写了“激光大气传输特性仿真软件”。

软件主要包括四个部分：

1. 可见近红外激光大气折射率结构常数；

2. 可见近红外激光传输大气湍流效应；

3. 大气衰减效应；

4. 激光脉冲在湍流和随机分布粒子中传输特性；

二、激光水下传输特性理论研究

本课题组针对气海界面以及海水信道，研究其对传输激光的影响，最后结合海面海雾建立下行信道模型，仿真计算激光下行通信能量衰减特性。目前关于海洋湍流中激光束的研究是相对比较新的领域，因此研究不同光束模型在湍流中的传输具有重要意义。

图3 激光透过率随传输距离变化 图4 激光透过率随透射角变化

图5不同传输距离下，相干合成径向GSM阵列光束平均光强