光束在大氣湍流中傳輸?shù)幕纠碚摼C述1.1大氣湍流的概述形成大氣湍流時是需要一定的條件，并不是自然形成，必須達到一定的條件才有可能發(fā)生，例如風速的變化，熱力學動力學條件，在空氣中一定要滿足不確定性，隨機性，但是也有一些有利于形成湍流情況，當高層的空氣相對于底層的空氣的對流條件低的時候，這時湍流的形成時比較容易的，Hinze對湍流的定義是：湍流是時間和空間的不規(guī)則隨機變化，可以用不同的統(tǒng)計平均值來計數(shù)。很多人都對湍流做出了定義，但是都是不一樣的，從上面的集中定義中，我們可以看出并沒有一個統(tǒng)一的說法，卻可以發(fā)現(xiàn)這些學者的定義中有一個是他們所共有的，那就是其不規(guī)則的特性征。大氣湍流主要有３種性質(zhì)REF_Ref21457\r\h[13]：由于不規(guī)則性，湍流的每個時候的傳輸都是不能預測的，他是隨機變化的，其湍流的能量特點也會隨其改變，他的各個能量都會隨著時間與空間的坐標而呈現(xiàn)出隨機的變化。初始條件很具有依賴性，如果要考慮湍流中的空氣改變時的狀態(tài)，則空氣一個很小的改變都會引起湍流很大的變話；標度不變性：很準確的說，假如空間尺度發(fā)生改變，時間尺度也就發(fā)生應(yīng)該變得變化。湍流分為強湍流，中等湍流，弱湍流３種。研究者們在折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)的性質(zhì)下了很多的努力，通過很多的測量并且記錄氣象參數(shù)，進而研究他們的特征，為的就是能夠更好的了解到大氣湍流的影響因素，折射率的結(jié)構(gòu)函數(shù)區(qū)別了他們他們，Cn2，Cn2Cn2z為高度，當這個式子還沒有提出分割的規(guī)定的時候，Davis首先做出了解釋：在強湍流的時候Cn2>2.5×一般情況下，處理光在隨機介質(zhì)中傳播的方法大致可分為四類REF_Ref21790\r\h[14]：我們采用的是近似值的方法，我們使用這種方法可以得到介電常數(shù)，但是這個值不是精確到而是通過近似得出的，我們得到近似的介電常數(shù)然后就可以利用這個值求出在隨機介質(zhì)中的波動方程，進而獲得輻射的大小和場的分分布情況（2）假設(shè)法，可以通過假設(shè)的方法，假設(shè)出隨機介質(zhì)的介電常數(shù)，直接求解。（3）在遇到多重散射時，則必須簡歷里嚴格的方程式子，并對光波的傳輸方程式做出解截止到目前為止,前三種的激光傳輸方法都是常用的,它們都是可以直接獲得激光波在隨機介質(zhì)中進行傳播的結(jié)果,第四種的方法主要被應(yīng)用于驗證,我們對這些方法做了一些分析和總結(jié),在湍流介質(zhì)中研究了激光傳輸?shù)囊恍┨攸c,當激光經(jīng)過大氣湍流的時候折射率會發(fā)生波動，迫使振幅和相位發(fā)生隨機的變動，這是產(chǎn)生變化的主要原因，這樣會導致激光彎曲分裂，進而降低空間相干性也會使偏振態(tài)發(fā)生變化。激光光束的直徑大小與湍流的大小有這密不可分的聯(lián)系，他們的大小不同會導致不同的變化，一般情況而言激光光束的直徑和湍流的大小是可以比較的，但是當光束的直徑遠遠小于湍流的大小時，湍流則會使光束整體偏移動。此外，在光束我們可以觀察不同的干擾情況，但是要在光束波前得不同的位置，從而導致激光束的在時間空間上的隨機波動，光強也會隨之波動，簡稱為光束強度的閃爍1.2大氣湍流的特點激光有很多有點例如高相干性、高亮度，但是經(jīng)過大氣湍流后，其優(yōu)點就會發(fā)生改變，所以這極大的克制了激光的應(yīng)用，導致應(yīng)用缺陷，在大氣中有很多的成分，其中不僅僅只有氣體還有非氣體的成分，所以大氣中的東西是比較復雜的，大氣中的氣體成分對短波的傳輸影響很大，特別是散射效應(yīng)，即瑞利散射，這就是為什么天空是蔚藍色的原因，光譜的吸收是大氣分子最重要的性質(zhì)，每一個氣體組分的吸收特性是不一樣的。因為由于大氣是一種流體,,折射率及容易發(fā)生變化,輕微的溫度改變也都會導致湍流折射率發(fā)生改變,接著有可能促使各種湍流的發(fā)生和形成,對于各種光學元件的意義也不一定很多,大氣中湍流的介質(zhì)對于光學傳播的影響主要集中在最近時間軸上。例如大雨和烈日下瀝青的路面上有著起伏不平的空氣,而晴天下星光閃耀則是很簡單的現(xiàn)象。湍流的產(chǎn)生會讓折射率發(fā)生改變進而導致波動，發(fā)生畸變，導致光學圖像的不清晰，這是因為相干性在湍流的過后發(fā)生了改變，天文觀測困難的主要原因就是這樣導致的。劃分湍流的依據(jù)：只要是地球上所運動的東西我們都要考慮到科里奧利力（Coriolis）力，當然大氣也不例外，所以我們需要考慮到其力。依據(jù)流體力學規(guī)定，大氣則屬于地球流體。因為影響大氣的因素有很多，在每層的大氣中都會隨著各種物理量的變化而變化，還有就是晝夜的溫度不一致，也會引起變化。大氣的雷諾數(shù)Re為描述流體特征的基本參量，一般研究大氣湍流只關(guān)注大氣湍流粘性，因而雷諾數(shù)RRe=其中，U為流體速度，L為運動的尺度，v表示分子動力學粘性系數(shù)。1.3大氣湍流的影響大氣湍流是指在大氣中很多的分子一起做沒有規(guī)律的運動導致大氣中狀態(tài)發(fā)生變化。在大氣中一個物理量發(fā)生變化，例如溫度，壓強等發(fā)生變化，其他的都會受到影響。從而造成折射比的概率隨著空間的位置、時間變化也隨之改變。大氣中的湍流對于激光產(chǎn)生的影響主要是由于分子簇折射速率隨機變化引起閃亮效果?？傮w而言,大氣中的湍流具有不同的各向異性,但是在一個特殊的或者給定的微小范圍內(nèi),它們卻被我們近似地視為均勻且各向異性。大氣中的湍流會影響到激光束速度及其受到影響的程度,這些因素與激光束的直徑,以及其尺寸相關(guān)。例如，當我們選好一定的激光，緊接著將其在大氣湍流中傳輸，這是當激光進入大氣湍流中由于湍流的干擾，激光的強度發(fā)生變化，隨之偏振度也會發(fā)生改變，而且這種出現(xiàn)的方式在空間上