[发明专利]一种利用声波对局域大气中光传输相位的调控方法

说明书

本发明公开了一种利用声波对局域大气中光传输相位的调控方法，光波采用平面光波和涡旋光束两种不同的光波，波长λ＝1550nm，具体按照以下步骤实施：步骤1：分析不同类型声源所形成的声场对大气的折射率的扰动情况；步骤2：获得不同声波参数对非均匀大气的折射率分布情况；步骤3：获得声场扰动大气后的平面光波的光程和相位变化；步骤4：获得声场扰动后的不同高度的涡旋光束相位；步骤5：达到利用声波对光波大气中传输相位的调控。获得声场扰动大气后平面光波的光程和相位变化，改变以往传输中被动避免大气信道对光传输的影响思路，提出通过改变声波参数主动控制大气介质，从而对光传输的相位进行调控。

技术领域

本发明涉及光传输技术领域，具体为一种利用声波对局域大气中光传输相位的调控方法。

背景技术

光作为人类信息传递和信息获取的重要手段之一，针对光波在大气中的传播理论和应用技术研究，在各个国家国防、军事航天及民用领域都具有显著的学术价值和广泛的应用背景。由于大气的流动性，导致了其压强和温度等物理量会随着空间坐标的变化而变化。当压强和温度等物理量改变时，大气折射率会发生一定程度的起伏，尽管起伏量比较微小，但依旧会对光传输造成影响。

声波和光波作为携带信息的载体，在通信领域有着极为重要的地位。当声波和光波在同一介质中传播时，声波可以通过改变介质的密度分布，进而改变介质的折射率分布，从而影响介质的光学特性，使光波的传输特性发生改变。因此，对于可以同时传播声光的大气介质，可以利用声波对光波的传输特性进行调控，从而达到改善通信质量的目的。在之前对声波和光波相互作用的研究中，声场的使用大都采用了超声声场，但是由于超声波在大气中极易损耗，故应用场景基本都为水下环境，因此为了满足实际应用的需求，研究声光在大气环境中的相互作用是十分有必要的。

因此利用声波扰动局域大气环境，探索声波激励控制局域大气机理，通过声、光耦合作用，研究声波作用下大气环境中光物理特性的变化规律和传输特性，对有效优化和改善地空链路上的光传输性能十分有帮助。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于声光效应的局域大气光传输相位的调控方法，可以根据流体折射率与密度之间所满足的定量关系式，得到声波扰动时介质的折射率和声压之间的关系，从而达到控制声波参数去影响大气折射率，进而对光传输相位进行调控。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用声波对局域大气中光传输相位的调控方法，光波采用平面光波和涡旋光束两种不同的光波，波长λ＝1550nm，具体按照以下步骤实施：

步骤1：分析不同类型声源所形成的声场对大气的折射率的扰动情况；

步骤2：将步骤1推广至现实非均匀大气，改变声波参数，获得不同声波参数对非均匀大气的折射率分布情况；

步骤3：根据步骤2建立平面光波通过平面声场扰动的大气模型，获得声场扰动大气后的平面光波的光程和相位变化；

步骤4：建立光束直径远小于局域环境的涡旋光束通过平面声场扰动的大气模型，获得声场扰动后的不同高度的涡旋光束相位；

步骤5：经步骤3和步骤4后，详细分析讨论声波扰动大气后对光波相位传输特性的影响，总结变化规律，从而达到利用声波对光波大气中传输相位的调控。

优选的，所述步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1：根据流体折射率与密度之间所满足的定量关系式，得到声波扰动时介质的折射率和声压之间的关系为：

公式(1)中，n₀为介质本身的折射率，p₀为静态条件下的压强，p为声压，γ为比热比；

步骤1.2：根据不同声源的声压公式，由式(1)得到不同声波形成的声场对大气折射率的扰动。