模拟大气湍流效应的相屏生成方法的比较

IF 0.1 Q4 OPTICS

Korean Journal of Optics and Photonics Pub Date : 2019-01-01 DOI:10.3807/KJOP.2019.30.3.087

Dung T. Ha, V. Mai, Hoon Kim

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摘要

以大气为媒介使用的光学系统的性能在很大程度上取决于大气的流动。空气的运动和密度的变化会引起细微的折射率的变化，影响光通过大气的传播特性。因此，传播大气的光信号通过光幻(beam wandering)和闪烁(scintillation)等改变传播途径或在空间和时间上改变光的强度。这种现象会减少无线光通信系统接收到的光的强度，从而降低传输性能。它还降低了天文学和远距离光学图像传感器所要观测或感知的图像清晰度。大气频道不仅在物理上很长很长，而且在每个地区，每小时大气的特性都在变化，因此通过实验研究和评价以大气为媒介的光学系统的特性非常困难。另外，由于不能任意控制大气通道，所以也不能认为实验结果显示出多种大气通道的特性。因此，利用电脑模拟实验的性能特性将被广泛利用。利用计算机强大的计算能力模拟大气暖流，可以代替实际实验分析通过大气的光信号的失真。光信号在大气通道折射率变化时的相位变化可以利用相位板进行模拟。相控板压缩了大气光信号的随机相位变化，并计算了5公里长的大气相位结构。

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Comparison of Phase-Screen-Generation Methods for Simulating the Effects of Atmospheric Turbulence

대기를 매개로 사용하는 광학 시스템의 경우 대기의 유동 적인 움직임에 그 성능이 크게 좌우된다. 공기의 움직임과 밀도의 변화는 미세한 굴절률의 변화를 야기하므로 대기를 통과하는 빛의 전파 특성에 영향을 미친다. 따라서 대기를 전파하는 빛 신호는 빛살 원더링(beam wandering)과 신틸레 이션(scintillation) 등에 의하여 전파 경로가 변화하거나 공간 ‧ 시간적으로 빛의 세기가 변한다. 이러한 현상은 무선 광통신 시스템에서 수신되는 빛의 세기를 감소시키므로 전송 성능을 열화시킨다. 또한 천문학 및 원거리 광학적 이미지 센서에 서 관측 또는 감지하고자 하는 상의 선명도를 떨어뜨린다. 대기 채널은 물리적으로 매우 길고 클 뿐만 아니라 지역마 다 시간마다 대기의 특성이 변하므로 대기를 매개로 하는 광 학 시스템의 특성을 실험을 통하여 연구하고 평가하기가 매 우 까다롭다. 또한 대기 채널을 임의로 제어할 수 없으므로 실험 결과가 다양한 대기 채널의 특성을 나타낸다고 볼 수도 없다. 따라서 컴퓨터 시뮬레이션을 활용한 성능 특성이 널리 활용된다. 컴퓨터의 강력한 계산력을 활용하여 대기 난류를 모사함으로써 실제 실험을 대신하여 대기를 통과하는 빛 신 호의 왜곡을 분석할 수 있다. 대기 채널의 굴절률 변화가 야 기하는 빛 신호의 위상 변화는 위상판(phase screen)을 활용 하여 모사할 수 있다. 위상판은 대기에 의한 빛 신호의 랜덤 (random) 위상변화를 압축해 놓은 판으로서, 5 km의 대기 채 Comparison of Phase-Screen-Generation Methods for Simulating the Effects of Atmospheric Turbulence

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