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        微光在大氣中的傳輸特性研究

        2019-11-07 09:18:03楊曉東田園朱春燕
        無線互聯(lián)科技 2019年15期

        楊曉東 田園 朱春燕

        摘? ?要:為了使微光傳輸更加具體地應(yīng)用到更多領(lǐng)域,文章對微光在大氣中傳輸?shù)闹饕绊懸蛩剡M(jìn)行分析??紤]的因素包括氣溶膠、水汽、灰塵等大顆粒,氧氣、氮?dú)獾却髿鈿怏w分子,光吸收特性以及折射率對傳輸特性的影響。結(jié)果表明,微光傳輸特性與可見光幾乎相同,影響因素的函數(shù)分布規(guī)則與可見光幾乎無差別,且驗證折射率完全不影響微光的傳播。

        關(guān)鍵詞:微光傳輸;氣溶膠;光吸收;折射率

        微光是自然光范圍內(nèi)能量較低的一系列電磁波,光照度范圍為10-5~10-1 lx,已經(jīng)低于人眼的視覺閾值,不足以引起人眼的視覺感知。月光、星光、大氣輝光以及它們的散射光是微光的主要能量來源[1]。利用微光的前提是要把微弱的光輻射增強(qiáng)到普通人眼能夠觀察的程度,目的是探測夜間和低光照度下的目標(biāo)圖信息。

        1? ? 微光傳輸基本理論

        微光接收光電系統(tǒng)具有一定的孔徑,且傳播距離也不是特別遠(yuǎn),所以可將傳播大氣介質(zhì)視為平行于平面大氣[2-3],這樣就可以認(rèn)為微光的光學(xué)屬性不受海拔高度的影響。

        微光的輻射傳輸受兩大因素的影響。第一影響因素是入射微光在大氣中被吸收和散射后的衰減量[4],可表示為:

        第二影響因素是傳輸能量的增添。將兩個影響因素相結(jié)合可得:

        由微光輻射傳輸方程的一般表示可得微光傳輸?shù)挠绊懸蛩乇硎緸椋?/p>

        超出了Rayleigh散射的范圍,所以應(yīng)采用Mie散射理論[5],近似Rosin-Rammler分布,表示為:

        根據(jù)Mie散射理論,微光傳輸距離為s的總散射光強(qiáng)為:

        當(dāng)微光傳輸過程中照射到O2,N2,CO2等氣體分子時,極化的電偶極矩[6-8]可表示為P=pE,引入電偶極子,可整理得:

        2? ? 特性分析

        從Mie散射的光強(qiáng)表達(dá)式可以看出,當(dāng)選定傳輸介質(zhì)為屬性不變的大氣,積分項將會是一個常數(shù)而不影響散射強(qiáng)度。此時對散射光強(qiáng)造成影響的只有入射光強(qiáng)度I0和傳輸距離s。如圖1所示。

        入射光強(qiáng)的變化對傳輸距離的影響非常小。且在傳輸距離一定的情況下,散射光強(qiáng)總是與入射光強(qiáng)成一次函數(shù)關(guān)系。

        由于Rayleigh散射和共振Raman散射所引起的電偶極矩和振幅、時間的關(guān)系如圖2所示。

        從圖2可以看出,隨著入射光強(qiáng)的減弱,即振幅減小,所產(chǎn)生的電偶極矩的周期完全相同,且振動規(guī)則并不發(fā)生變化。

        3? ? 結(jié)語

        微光的傳輸特性與自然光幾乎無差別。微光的光吸收特性也與可見光幾乎相同,且折射特性與可見光無差別。微光在大氣中的傳輸特性可以用可見光的方法進(jìn)行研究,在各種實(shí)驗過程中,并不需要單獨(dú)考慮微光傳輸?shù)奶厥庑浴?/p>

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