大气气溶胶粒子散射对激光大气传输影响的研究

摘要

激光经大气传输到达激光告警接收设备之前，由于大气成分复杂，大气中的分子、气溶胶、烟尘等介质对激光的散射和吸收会造成激光信号的衰减，使得激光告警设备接收到的激光能量减小，这样就会在实际应用中对激光告警接收设备的性能要求进一步提高，因此研究大气对激光传输的影响具有重要的意义。本文主要研究大气气溶胶散射、衰减特性对激光告警所接收激光的影响。
　　本文利用Mie散射理论在MATLAB中仿真分析了气溶胶尺度参数对不同类型的单个气溶胶粒子衰减、散射、吸收效率因子变化的影响；同时仿真分析了气溶胶粒子散射强度函数和散射相函数随粒子性质和尺度变化的空间分布规律；并且对群体气溶胶的衰减、散射、吸收系数随波长和半径的变化进行了仿真分析，根据大气衰减的经验公式和比尔朗伯定律对激光大气透过率随大气能见度的变化进行仿真分析，得出当能见度增大时，激光大气透过率也随之增大；通过实验分析了两种波长的激光在烟雾中传输的衰减，实验发现激光大气透过率随着烟雾浓度的增大而减小，两种波长的激光在烟雾中传输时的衰减有明显差异，波长较长的激光相比波长较短的激光有较高的透过率。
　　激光告警设备的种类很多，无论是哪种类型，如果激光经过大气后受到很大的衰减，激光告警设备将无法对激光进行探测，所以本文的研究结果不仅可以为激光在大气中的衰减计算和分析提供依据，而且对改善激光告警接收设备的性能具有实际的参考价值。

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1绪论

1.1选题的背景、目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容及课题来源

2大气对激光传输的影响以及在激光告警中的体现

2.1 激光告警器的概述

2.2激光在大气中的传输

2.3大气衰减对激光告警系统的影响

3大气气溶胶散射理论基础

3.1大气气溶胶特性

3.2大气气溶胶粒子的Mie散射理论

4大气气溶胶粒子光学特性对激光传输的影响

4.1单个气溶胶粒子的散射特性

4.2群体气溶胶粒子的散射特性

5.大气气溶胶粒子对激光传输的影响实验及结果分析

5.1 激光大气衰减系数的估算

5.2激光在烟雾中传输实验

6总结与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和研究成果

致谢