激光在大气和海水中传输及应用 9787118103120 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

王英俭 著

图书标签:

• 激光大气传输
• 激光水下传输
• 大气光学
• 水下光学
• 激光技术
• 大气传播
• 水下传播
• 海洋光学
• 光纤通信
• 遥感技术

店铺： 韵读图书专营店

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118103120

商品编码：29720500915

包装：平装-胶订

出版时间：2015-12-01

图书基本信息
图书名称	激光在大气和海水中传输及应用	作者	王英俭
定价	98.00元	出版社	国防工业出版社
ISBN	9787118103120	出版日期	2015-12-01
字数		页码
版次	1	装帧	平装-胶订
开本	16开	商品重量	0.4Kg

内容简介

激光大气传输已成为近代大气光学及其工程应用领域*前沿、*活跃的研究内容之一，并取得一系列突破性进展。王英俭、范承玉、魏合理所*的《激光在大气和海水中传输及应用/现代激光技术及应用丛书》着重反映了当前激光大气传输问题的若干前沿进展br/> 本书主要介绍激光大气传输数学物理基础知识；激光在大气和海水中的衰减效应，以及一些重要的高分辨率大气分子吸收线参数；激光大气传输湍流效应和非线性热晕效应及其自适应光学相位校正问题的主要理论和实验研究结果，包括超短脉冲激光大气传输自聚焦效应的研究进展、激光大气传输在大气参数激光雷达探测、激光通信和激光成像中的应用br/> 本书内容新颖、物理概念清晰，可供从事与激光大气传输相关的科技工作者以及高等院校理工科大学生和研究生参考br/>

作者简介

目录

章 激光大气传输数学物理基础 1.1 光波传输方程及其近似 1.1.1 近轴近似标量波动方程 1.1.2 光波传输的几种近似求解方法 1.1.3 激光大气传输相位校正原理 1.2 地球大气的物理基础 1.2.1 大气基本状态与结构 1.2.2 大气的主要成分 1.2.3 大气流体动力学方程及其近似 1.3 激光大气衰减基础 1.3.1 大气气体分子吸收光谱基础 1.3.2 粒子光散射理论基础 1.4 大气光学湍流 1.4.1 大气湍流量纲分析 1.4.2 Kolmogorov湍流及其特征参数 1.4.3 非均匀各向同性湍流 1.5 小结与展望 参考文献第2章 激光在大气和海水中的衰减 2.1 大气气体分子的吸收 2.1.1 主要大气气体分子的吸收光谱 2.1.2 高分辨率、高灵敏度大气吸收光谱的测量方法 2.1.3 高分辨率大气分子吸收光谱的部分测量结果 2.1.4 激光大气分子吸收计算方法 2.2 大气气溶胶的衰减 2.2.1 大气气溶胶粒子对激光的吸收及其测量方法 2.2.2 气溶胶衰减计算方法 2.3 常用激光波长大气吸收和散射系数 2.4 激光在海水中的衰减 2.4.1 海水中光辐射传输方程 2.4.2 海水的光学性质 2.4.3 激光在海水中传输 2.5 小结与展望 参考文献第3章 激光大气传输湍流效应 3.1 激光大气传输湍流效应 3.1.1 光强和相位起伏及其频谱特性分析 3.1.2 光强闪烁 3.1.3 光束到达角起伏特征 3.1.4 激光传输Strehl比近似理论 3.2 湍流效应自适应光学校正 3.2.1 湍流效应相位校正及其残差近似分析 3.2.2 激光大气传输湍流效应及其相位校正实验研究 3.3 激光大气传输相位校正非等晕性 3.3.1 聚焦非等晕性 3.3.2 角非等晕性 3.4 强湍流效应的自适应光学校正若干问题 3.4.1 强闪烁效应对相位校正的影响 3.4.2 不连续相位及校正研究 3.4.3 并行梯度下降算法自适应光学校正 3.5 小结与展望 参考文献第4章 激光大气传输非线性效应 4.1 热晕效应的几何光学近似分析及其定标参数 4.1.1 稳态热晕效应 4.1.2 瞬态热晕效应 4.2 整束热晕效应相位补偿近似分析 4.2.1 等效热透镜效应的q参数变换 4.2.2 整束热晕相位校正定标参数分析 4.3 湍流热晕相互作用线性化理论 4.3.1 基本方程及其小扰动解 4.3.2 相位补偿下的Strehl比表达式 4.3.3 定标参数与计算分析 4.4 飞秒激光大气传输自聚焦效应 4.4.1 自聚焦的物理描述 4.4.2 稳态自聚焦理论 4.4.3 动态自聚焦理论 4.4.4 自聚焦的阈值 4.4.5 等离子体散焦效应 4.4.6 超短脉冲传输的单丝结构 4.4.7 飞秒光丝强度自陷现象 4.4.8 光束自净化现象 4.4.9 光丝自愈合现象 4.5 小结与展望 参考文献第5章 高能激光大气传输数值模拟与实验研究 5.1 激光大气传输数值计算模式 5.1.1 基本方程的坐标变换 5.1.2 激光大气传输的数值计算方法 5.1.3 激光大气传输的数值计算网格选取的基本原则 5.2 高能激光大气传输数值模拟与实验验证研究 5.2.1 热晕效应模拟实验研究 5.2.2 高能激光热晕效应实验研究 5.3 高能激光大气传输定标规律数值仿真研究 5.3.1 聚焦平台光束大气传输光束扩展理论分析 5.3.2 线性效应引起的光斑扩展 5.3.3 湍流效应与热晕效应相互作用的分析 5.4 小结与展望 参考文献第6章 激光大气传输应用 6.1 激光雷达大气探测技术 6.1.1 大气成分探测激光雷达发展简介 6.1.2 大气风速测量 6.1.3 大气湍流参数测量 6.2 激光大气传输在光通信中的应用 6.2.1 大气对通信的影响 6.2.2 激光通信中大气湍流的影响抑制技术 6.3 自适应光学鬼成像 6.3.1 鬼成像系统 6.3.2 自适应光学鬼成像系统 6.3.3 自适应光学鬼成像系统实验仿真 6.4 小结与展望 参考文献附录 常用激光波长大气分子与气溶胶吸收和散射系数

编辑推荐

文摘

序言

光之涟漪：探索光波在流体介质中的奇妙旅程及其无限可能 在宇宙的浩瀚中，光扮演着至关重要的角色，它不仅是信息的载体，更是能量的传递者。当光穿梭于不同的介质时，其行为会发生微妙而深刻的变化，从而孕育出无穷的应用潜力。本书将带领您深入探索光波在两种至关重要且截然不同的流体介质——大气层和海洋——中的传输特性，以及这些特性如何在现代科技与自然探索中绽放出耀眼的光芒。 第一篇：大气之光的脉络——激光在大气中的穿梭之旅 大气，这层包裹着地球的薄纱，并非完全透明。它由各种气体分子、水汽、尘埃、以及其他悬浮粒子构成，这些成分共同塑造了光在大气中传输的复杂图景。本书的开篇，我们将聚焦于激光，一种具有高度方向性、单色性和相干性的特殊光源，在大气中传播的奥秘。 第一章：大气对激光传输的影响 散射： 太阳光在穿过大气时，会被大气中的分子和粒子散射，这是天空呈现蓝色的原因。激光也不例外，尽管其波长单一，但仍会受到瑞利散射（与波长四次方成反比，对短波长激光影响更大）和米氏散射（与粒子大小和波长相关，对可见光和近红外激光影响显著）的影响。这些散射会削弱激光强度，并使其光束发生展宽，从而影响远距离传输的精度。 吸收： 大气中的某些气体成分，如水蒸气、二氧化碳、臭氧等，会选择性地吸收特定波长的激光。例如，CO2激光在许多大气窗口中传输性能良好，而水蒸气则会对近红外和中红外激光产生强烈的吸收。理解这些吸收谱线对于选择合适的激光器进行大气传输至关重要。 折射与闪烁： 大气密度和温度的非均匀性导致大气折射率随空间和时间变化。这会引起激光光束的弯曲、抖动（闪烁）以及光强的起伏。这种效应在地面大气传输中尤为明显，影响着激光雷达、激光通信等系统的探测精度和可靠性。本书将详细解析这些大气湍流效应的物理机制，并探讨如何通过先进的光学补偿技术来 mitigate（减弱）其负面影响。 非线性光学效应： 高强度激光在大气中传播时，可能会引发一系列非线性光学效应，如自聚焦、自扩散、拉曼散射、布里渊散射等。这些效应不仅会改变激光的光束形状和能量分布，甚至可能导致激光脉冲的解体或产生新的波长。理解这些非线性过程对于设计高功率激光传输系统至关重要。 第二章：激光在大气中的应用实践 激光雷达（Lidar）： 激光雷达是利用激光探测目标并测量其距离、速度、形状等信息的技术。在大气科学领域，激光雷达被广泛用于探测大气结构、云层高度、气溶胶分布、污染物浓度，以及进行天气预报和气候研究。本书将介绍不同类型的激光雷达（如多普勒激光雷达、相干激光雷达、共振激光雷达），及其在大气监测中的具体应用案例。 激光通信： 在空间站之间、卫星与地面站之间，甚至未来城市中的自由空间通信，激光通信都展现出巨大的优势，例如传输速率高、频谱利用率高、保密性强等。本书将探讨自由空间光通信面临的大气扰动问题，以及如何通过指向和跟踪系统、编码调制技术等来克服这些挑战。 激光遥感： 激光遥感技术利用激光与地表、海洋、大气相互作用产生的信号来获取信息。例如，激光扫描仪用于三维地形测绘，激光诱导荧光技术用于识别矿物和植被。本书将深入分析激光遥感在环境监测、资源勘探、城市规划等领域的应用。 激光大气治理： 尽管目前尚处于研究阶段，但利用激光的特定能量特性来催化或分解大气中的有害物质，例如臭氧、氮氧化物等，也存在潜在的应用前景。本书将对其进行初步的探讨。 第二篇：碧波深处的荧光——激光在海水中的奇妙旅程 海洋，覆盖地球表面积的70%以上，是地球上最广阔的介质之一。与相对透明的大气层不同，海水具有更高的密度、更复杂的成分以及更强的吸收和散射特性，这使得光在海水中的传输行为与大气截然不同。本书的第二部分，我们将揭示激光在深邃海洋中的传输奥秘，以及它如何助力我们探索这个神秘的世界。 第三章：海水对激光传输的影响 吸收与散射： 海水中的水分子本身就会吸收可见光和近红外光，尤其是长波长部分。此外，海水中的溶解物（如盐分、有机物）和悬浮物（如浮游生物、泥沙）是影响光传输的关键因素。这些成分会强烈地吸收和散射激光，导致光强迅速衰减，光束发生展宽和形变。不同波长的激光在海水中的传输性能差异巨大，通常蓝绿光（450-550 nm）在纯净海水中衰减较慢，被认为是海洋光学研究的“窗口”。 生物荧光： 海洋中广泛存在的浮游生物、细菌等会吸收激光能量，并在特定波长下发出荧光。这种荧光可以提供关于生物种类的、生物量的信息，是海洋生物地球化学研究的重要手段。 海水湍流： 尽管海水比大气湍流效应相对较弱，但海流、潮汐、波浪等作用下引起的水体扰动，仍然会影响激光的传输，导致光束的微小抖动和能量起伏。 第四章：激光在海水中的应用实践 激光水下探测与成像： 传统的声纳技术在水下探测中存在分辨率低、信息量少的局限。激光水下探测技术，特别是水下激光扫描仪和激光诱导荧光成像系统，能够提供更高分辨率的三维地形信息、目标细节，以及生物荧光信息，为水下考古、海洋资源勘探、海底管道检测等提供强大支持。 激光水质监测： 利用激光诱导荧光（LIF）技术，可以实时、原位地监测海水中的叶绿素、溶解有机物、石油污染物等。通过分析荧光的强度和光谱，可以评估海洋生态系统的健康状况，监测污染事件，并为水环境保护提供数据支持。 激光水下通信： 尽管面临着巨大的挑战，但激光水下通信的研究也在不断推进。与无线电波在水中衰减严重不同，特定波长的激光可以穿透一定深度的海水。尽管传输距离有限，但高带宽的水下激光通信系统有望用于水下机器人、潜水器之间的高速数据传输。 激光诱导击穿光谱（LIBS）在海水分析中的应用： LIBS技术利用高能量激光激发样品，产生等离子体，通过分析等离子体发出的光谱来确定样品的元素组成。将其应用于海水分析，可以快速、灵敏地测定海水中的痕量元素，为海洋化学研究提供重要手段。 海洋生物学研究： 激光可以用于对海洋生物进行非侵入性的标记、追踪以及对其生理过程进行研究。例如，利用激光扫描共聚焦显微镜观察微观海洋生物的细胞结构和功能。 第五章：跨介质的挑战与未来展望 本书的最后，我们将综合讨论激光在大气和海水这两种截然不同介质中传输所共有的挑战，以及未来可能的发展方向。 克服传输损耗： 如何通过优化激光波长选择、提高激光器效率、设计更高效的光学系统来减小传输过程中的能量损耗，是永恒的课题。 增强信号的鲁棒性： 针对大气湍流和海水散射等扰动，如何开发更先进的自适应光学系统、信号处理算法，以保证信息传输的稳定性和可靠性。 多尺度、多模式的应用融合： 将激光技术应用于大气和海洋的联合监测，例如通过卫星遥感大气信息，同时通过水下激光探测海洋环境，实现对地球系统的全方位、多尺度认知。 前沿技术的探索： 探索量子激光在海洋和大气中的应用潜力，例如量子通信、量子传感等，有望带来革命性的突破。 结语： 激光，作为人类智慧的结晶，正以其独特的穿透力、精准度和多功能性，不断拓展着我们认知世界、改造世界的边界。本书旨在为您呈现激光在两个至关重要的自然介质——大气和海水——中的壮丽旅程。通过深入剖析其传输机制，我们得以窥见其在科学研究、环境保护、资源开发、信息传递等各个领域的无限潜能。愿这本书能激发您对光之奥秘的无限遐想，以及对利用光的力量探索未知的热情。

评分☆☆☆☆☆

当我继续深入阅读这本书时，我的关注点逐渐从理论转向了它在实际应用方面的描述，特别是关于水下光学通信的那几章。坦白说，我对海水的复杂性一直抱有敬畏之心，那里的浑浊度、盐度和温度梯度，任何一个变量的变化都可能彻底颠覆大气中的传输模型。这本书在这方面的论述，展现出了一种令人信服的工程智慧。它没有回避水下环境的极端挑战，反而花了大篇幅去讨论如何设计出能够穿透“墨水”般的深海环境的激光系统。我记得有一段详细对比了不同波长激光在不同深度海水中的穿透深度和衰减系数，这个对比非常直观且实用。读到这里，我忍不住联想到我们现在对海洋资源的探索和监测需求，如果能用高带宽的激光通信技术取代传统的声学通信，那简直是信息革命。这本书提供的不仅仅是知识，更是一种解决实际问题的思维路径，它展示了如何在极端非均匀介质中，通过优化光束整形和调制方式来“挤出”更多的有效信息。对我这样一个关注跨学科解决方案的人来说，这本书的工程实践价值远超其理论介绍的深度。

评分☆☆☆☆☆

最后，我想谈谈这本书给我带来的思维上的启发，这可能比具体的知识点更重要。阅读过程中，我强烈感受到作者在强调“介质效应的普适性”这一核心思想。无论是大气中的对流层影响，还是海水中的悬浮颗粒作用，其背后的核心挑战都是如何设计一个能与特定环境“共存”而非“对抗”的传输系统。这促使我跳出传统的通信或光学思维定式，开始思考如何从环境本身寻找解决方案。比如，是否可以利用环境中的某些周期性特征来辅助激光束的聚焦或传输，而不是一味地增加发射功率去对抗衰减。这种“与自然合作”的理念，贯穿了全书。这本书让我明白，前沿的光电技术研究，早已不再是单纯的器件或算法的革新，而越来越依赖于对所处环境的深刻理解和精确建模。它为我打开了一扇窗，让我看到工程科学如何与地球物理学紧密结合，共同推动人类对信息传输边界的拓展。

评分☆☆☆☆☆

从排版和图表的角度来看，这本书的处理也体现了极高的专业水准。清晰的图例和详尽的附录是理工科书籍的生命线，而这本著作在这方面做得非常到位。那些复杂的能量密度分布图、不同天气条件下的光强起伏谱线图，都配有详尽的注释和来源说明，让人即便没有深厚的背景知识，也能大致理解其物理含义。更让我惊喜的是，书中还穿插了一些历史性的、早期的实验数据图，与最新的数值模拟结果进行了对比。这种跨越数十年的数据对话，让我深刻体会到科学研究的积累性和迭代性。对我而言，清晰的视觉辅助材料是消化复杂物理概念的关键，这本书的图表设计不仅美观，更重要的是功能性极强，它们将那些晦涩难懂的数学表达式“翻译”成了直观的物理图像。可以说，如果没有这些高质量的配图，这本书的阅读体验和知识吸收效率将会大打折扣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事风格非常独特，它不像一般的教科书那样刻板地说教，反而有一种深厚的历史感和前瞻性。在探讨激光在大气中应用的章节，我感觉作者像是在和我们一起回顾激光技术从诞生之初，如何一步步攻克大气干扰的难关。他会提及一些经典的实验和里程碑式的突破，这使得阅读过程充满了探索的乐趣。而且，作者的笔触在描述宏大叙事的同时，也注意到了细节的精妙。比如，当讨论大气中激光雷达的探测精度时，他会穿插一些关于传感器的局限性和误差来源的讨论。这种将“理想模型”与“现实约束”进行拉扯的写作手法，非常能抓住读者的心。我喜欢这种亦庄亦谐的风格，它既能让人领略到科学之美，又不至于沉浸在不切实际的乐观中。读完这一部分，我甚至产生了一种想去参与相关项目研发的冲动，因为它清晰地描绘了从实验室原理到野外实测的完整链条，让我看到了理论是如何转化为可以触摸到的技术成果的。

评分☆☆☆☆☆

这本《激光在大气和海水中传输及应用》的书，我是在图书馆里偶然翻到的，一开始就被它这个宏大的主题吸引了。我本身对光电技术和环境科学都有点兴趣，所以觉得这可能是一本能触类旁通的好书。刚开始看的时候，我主要被它在理论深度上的展现所折服。作者似乎把从基础的光学原理到复杂的湍流效应，再到不同介质的散射和吸收机制，都梳理得井井有条。那种严谨的数学推导和对物理过程的精细建模，让人感觉这不是一本泛泛而谈的科普读物，而是一本真正下过功夫的专业教材或研究专著。特别是关于大气湍流对激光束稳定性的影响那一章，描述得非常生动，仿佛能看到那晃动的光斑和被扭曲的路径。我尤其欣赏作者没有停留在现象的描述，而是深入挖掘了背后的物理机制，比如不同尺度的涡旋结构如何影响光束的能见度和能量分布。对我来说，这部分内容无疑是极具启发性的，它为我理解远距离信息传输中“信号衰减”这个古老难题，提供了一个全新的、基于光的视角。虽然有些地方的公式看得我头皮发麻，需要反复推敲，但这正说明了它内容的扎实和专业性，不是那种可以轻易读完就丢在一边的书。