[發明專利]一種利用聲波對局域大氣中光傳輸相位的調控方法

在審

• 申請號: 202210374547.2
• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114660837A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 王明軍;王婉柔;成群;席建霞;李勇俊;屠思凱;余文輝
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G02F1/11
• 分類號: G02F1/11
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 楊芳

本發明公開了一種利用聲波對局域大氣中光傳輸相位的調控方法，光波采用平面光波和渦旋光束兩種不同的光波，波長λ＝1550nm，具體按照以下步驟實施：步驟1：分析不同類型聲源所形成的聲場對大氣的折射率的擾動情況；步驟2：獲得不同聲波參數對非均勻大氣的折射率分布情況；步驟3：獲得聲場擾動大氣后的平面光波的光程和相位變化；步驟4：獲得聲場擾動后的不同高度的渦旋光束相位；步驟5：達到利用聲波對光波大氣中傳輸相位的調控。獲得聲場擾動大氣后平面光波的光程和相位變化，改變以往傳輸中被動避免大氣信道對光傳輸的影響思路，提出通過改變聲波參數主動控制大氣介質，從而對光傳輸的相位進行調控。

技術領域

本發明涉及光傳輸技術領域，具體為一種利用聲波對局域大氣中光傳輸相位的調控方法。

背景技術

光作為人類信息傳遞和信息獲取的重要手段之一，針對光波在大氣中的傳播理論和應用技術研究，在各個國家國防、軍事航天及民用領域都具有顯著的學術價值和廣泛的應用背景。由于大氣的流動性，導致了其壓強和溫度等物理量會隨著空間坐標的變化而變化。當壓強和溫度等物理量改變時，大氣折射率會發生一定程度的起伏，盡管起伏量比較微小，但依舊會對光傳輸造成影響。

聲波和光波作為攜帶信息的載體，在通信領域有著極為重要的地位。當聲波和光波在同一介質中傳播時，聲波可以通過改變介質的密度分布，進而改變介質的折射率分布，從而影響介質的光學特性，使光波的傳輸特性發生改變。因此，對于可以同時傳播聲光的大氣介質，可以利用聲波對光波的傳輸特性進行調控，從而達到改善通信質量的目的。在之前對聲波和光波相互作用的研究中，聲場的使用大都采用了超聲聲場，但是由于超聲波在大氣中極易損耗，故應用場景基本都為水下環境，因此為了滿足實際應用的需求，研究聲光在大氣環境中的相互作用是十分有必要的。

因此利用聲波擾動局域大氣環境，探索聲波激勵控制局域大氣機理，通過聲、光耦合作用，研究聲波作用下大氣環境中光物理特性的變化規律和傳輸特性，對有效優化和改善地空鏈路上的光傳輸性能十分有幫助。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于聲光效應的局域大氣光傳輸相位的調控方法，可以根據流體折射率與密度之間所滿足的定量關系式，得到聲波擾動時介質的折射率和聲壓之間的關系，從而達到控制聲波參數去影響大氣折射率，進而對光傳輸相位進行調控。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種利用聲波對局域大氣中光傳輸相位的調控方法，光波采用平面光波和渦旋光束兩種不同的光波，波長λ＝1550nm，具體按照以下步驟實施：

步驟1：分析不同類型聲源所形成的聲場對大氣的折射率的擾動情況；

步驟2：將步驟1推廣至現實非均勻大氣，改變聲波參數，獲得不同聲波參數對非均勻大氣的折射率分布情況；

步驟3：根據步驟2建立平面光波通過平面聲場擾動的大氣模型，獲得聲場擾動大氣后的平面光波的光程和相位變化；

步驟4：建立光束直徑遠小于局域環境的渦旋光束通過平面聲場擾動的大氣模型，獲得聲場擾動后的不同高度的渦旋光束相位；

步驟5：經步驟3和步驟4后，詳細分析討論聲波擾動大氣后對光波相位傳輸特性的影響，總結變化規律，從而達到利用聲波對光波大氣中傳輸相位的調控。

優選的，所述步驟1具體按照以下步驟實施：

步驟1.1：根據流體折射率與密度之間所滿足的定量關系式，得到聲波擾動時介質的折射率和聲壓之間的關系為：

公式(1)中，n₀為介質本身的折射率，p₀為靜態條件下的壓強，p為聲壓，γ為比熱比；

步驟1.2：根據不同聲源的聲壓公式，由式(1)得到不同聲波形成的聲場對大氣折射率的擾動。