发布日期：2018年6月13日 作者：白芳 编辑：朱长江 赵壮 审核：刘春波

白芳硕士答辩的论文题目是《湍流对激光啁啾调幅外差探测系统的影响》。光外差探测技术以其灵敏度高于直接探测方式几个数量级等诸多优点而广泛应用于激光雷达、激光通信、大气监测、目标探测等领域。面向目标远距离探测，基于外差探测的啁啾调幅激光雷达体制被提出。然而，大气环境下的远距离探测中，大气湍流引起的折射率随机起伏将引起激光束到达角起伏，相干性退化，光强闪烁等，严重影响激光啁啾调幅外差探测系统的工作性能。因此，开展大气湍流对系统探测性能的影响具有重要的理论意义和实际价值。

基于湍流下平面波的到达角起伏概率密度分布函数以及湍流下平面波的复相干函数，论文推导了到达角起伏方差和大气相干长度对全光纤外差探测系统的耦合效率的影响，并进行了相应的仿真分析。图1、图2给出了平均耦合效率随着湍流参数变化的关系曲线，其中f为焦距，ω₀为单模光纤的模场半径，r为耦合透镜的半径。

图1 平均耦合效率随着耦合参数β值和到达角起伏方差σ²的变化

图2 平均耦合效率η_c随着耦合参数β和相干长度ρ的变化曲线

论文设计搭建了1.55微米波段的激光啁啾调幅外差平衡探测系统，该系统可实现0.3m的距离分辨率，系统探测灵敏度可达1.47x10^-13W。

图3 激光啁啾调幅外差探测光路图

图4 激光啁啾调幅外差探测实物图

研究基于室内热风式湍流模拟器模拟大气湍流，开展湍流对激光啁啾调幅外差探测影响的实验研究。实验结果表明，当模拟器内湍流的大气相干长度从0.217m降至0.014m时，湍流强度增强，耦合进单模光纤的光功率下降，多普勒信号信噪比下降约14dB。

图5 不同湍流强度下光电探测器输出外差信号的时域分布

同时搭建了湍流下的激光啁啾调幅外差探测实验系统，基于上述同等情况下的大气湍流，多普勒频移信号信噪比下降13dB，而目标距离引起的频移信号信噪比下降11dB。

图6 不同湍流强度下，激光啁啾调幅外差信号的频域分布

论文研究工作对激光啁啾调幅外差探测系统性能测试提供了实验参考，也为后续开展湍流效应抑制研究奠定了基础。

作者：白芳

编辑：朱长江 赵壮

审核：刘春波