第二章 光辐射的传播 [兼容模式].pdf

《光电子技术》 第二章 光辐射的传播 主要讲述光波在各种介质中的传输特征 《光电子技术》 第二章光辐射的传播 本章内容 2.1 光波在大气中传播 2.2 光波在电光晶体中的传播 2.3 光波在声光晶体中的传播 2.4 光波在磁光晶体中的传播 2.5 光波在光纤晶体中的传播 2.6 光波在非线性介质中的传播 2.7 光波在水中的传播 2013/5/16 -2- 《光电子技术》 第二章光辐射的传播 2.1 光波在大气中的传播 光辐射 大气是光辐射传输的重要通道之一。也是激光通信 中的一个重要信道。大气对光辐射的影响主要表现在： 对光辐射能量的衰减，对光波振幅和相位的改变等。  大气气体分子及气溶胶的吸收和散散射会引起的光 束能量衰减  空气折射率不均匀会引起的光波的振幅和相位起伏  当光波功率足够大、持续时间极短时，非线性效应 也会影响光束的特性 1 2013/5/16 -3- 《光电子技术》 第二章光辐射的传播 2.1.1 大气衰减 大气衰减的本质 激光辐射在大气中传播时，部分光辐射能量被吸收 而转变为其他形式的能量（如热能等）部分能量被散射 而偏离原来的传播方向（即辐射能量空间重新分配）。  大气衰减的朗伯定律（光强随传输距离的增加呈指 数规律衰减）：  T为传输距离为L 的透过率，为大气衰减系数 1 2013/5/16 -4- 《光电子技术》 第二章光辐射的传播 2.1.1 大气衰减 大气衰减系数 衰减系数描述了吸收和散射两种独立物理过程对 传播光辐射强度的影响。因此其表达式和由吸收和散射 等部分组成：   km和 分别为大气分子的吸收和散射系数； m  k 和 分别为大气气溶胶的吸收和散射系数。 a a 1 2013/5/16 -5- 《光电子技术》 第二章光辐射的传播 2.1.1 大气衰减 大气分子的吸收 大气分子在光波电场的作用下产生极化，并以入射 光的频率作受迫振动。所以为了克服大气分子内部阻力 要消耗能量，表现为大气分子的吸收。  分子的固有吸收频率由分子内部的运动形态决定。  极性分子的内部运动： 分子内电子运动—光波的紫外和可见光 组成分子的原子振动—近红外 分子绕其质量中心的转动— 中红外以及远红外区 1 2013/5/16 -6- 《光电子技术》 第二章光辐射的传播 2.1.1 大气衰减 大气分子的吸收  N 、O 分子含量最多（约90% ），在可见光和红 2 2 外区几乎不表现吸收，对远红外和微波段才呈现 出很大的吸收；  He ，Ar ，Xe ，O ，Ne等，其大气中的含量甚微，