激光在大氣和海水中傳輸及應用 9787118103120 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

王英儉 著

圖書標籤:

• 激光大氣傳輸
• 激光水下傳輸
• 大氣光學
• 水下光學
• 激光技術
• 大氣傳播
• 水下傳播
• 海洋光學
• 光縴通信
• 遙感技術

店鋪： 韻讀圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118103120

商品編碼：29720500915

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2015-12-01

圖書基本信息
圖書名稱	激光在大氣和海水中傳輸及應用	作者	王英儉
定價	98.00元	齣版社	國防工業齣版社
ISBN	9787118103120	齣版日期	2015-12-01
字數		頁碼
版次	1	裝幀	平裝-膠訂
開本	16開	商品重量	0.4Kg

內容簡介

激光大氣傳輸已成為近代大氣光學及其工程應用領域*前沿、*活躍的研究內容之一，並取得一係列突破性進展。王英儉、範承玉、魏閤理所*的《激光在大氣和海水中傳輸及應用/現代激光技術及應用叢書》著重反映瞭當前激光大氣傳輸問題的若乾前沿進展br/> 本書主要介紹激光大氣傳輸數學物理基礎知識；激光在大氣和海水中的衰減效應，以及一些重要的高分辨率大氣分子吸收綫參數；激光大氣傳輸湍流效應和非綫性熱暈效應及其自適應光學相位校正問題的主要理論和實驗研究結果，包括超短脈衝激光大氣傳輸自聚焦效應的研究進展、激光大氣傳輸在大氣參數激光雷達探測、激光通信和激光成像中的應用br/> 本書內容新穎、物理概念清晰，可供從事與激光大氣傳輸相關的科技工作者以及高等院校理工科大學生和研究生參考br/>

作者簡介

目錄

章 激光大氣傳輸數學物理基礎 1.1 光波傳輸方程及其近似 1.1.1 近軸近似標量波動方程 1.1.2 光波傳輸的幾種近似求解方法 1.1.3 激光大氣傳輸相位校正原理 1.2 地球大氣的物理基礎 1.2.1 大氣基本狀態與結構 1.2.2 大氣的主要成分 1.2.3 大氣流體動力學方程及其近似 1.3 激光大氣衰減基礎 1.3.1 大氣氣體分子吸收光譜基礎 1.3.2 粒子光散射理論基礎 1.4 大氣光學湍流 1.4.1 大氣湍流量綱分析 1.4.2 Kolmogorov湍流及其特徵參數 1.4.3 非均勻各嚮同性湍流 1.5 小結與展望 參考文獻第2章 激光在大氣和海水中的衰減 2.1 大氣氣體分子的吸收 2.1.1 主要大氣氣體分子的吸收光譜 2.1.2 高分辨率、高靈敏度大氣吸收光譜的測量方法 2.1.3 高分辨率大氣分子吸收光譜的部分測量結果 2.1.4 激光大氣分子吸收計算方法 2.2 大氣氣溶膠的衰減 2.2.1 大氣氣溶膠粒子對激光的吸收及其測量方法 2.2.2 氣溶膠衰減計算方法 2.3 常用激光波長大氣吸收和散射係數 2.4 激光在海水中的衰減 2.4.1 海水中光輻射傳輸方程 2.4.2 海水的光學性質 2.4.3 激光在海水中傳輸 2.5 小結與展望 參考文獻第3章 激光大氣傳輸湍流效應 3.1 激光大氣傳輸湍流效應 3.1.1 光強和相位起伏及其頻譜特性分析 3.1.2 光強閃爍 3.1.3 光束到達角起伏特徵 3.1.4 激光傳輸Strehl比近似理論 3.2 湍流效應自適應光學校正 3.2.1 湍流效應相位校正及其殘差近似分析 3.2.2 激光大氣傳輸湍流效應及其相位校正實驗研究 3.3 激光大氣傳輸相位校正非等暈性 3.3.1 聚焦非等暈性 3.3.2 角非等暈性 3.4 強湍流效應的自適應光學校正若乾問題 3.4.1 強閃爍效應對相位校正的影響 3.4.2 不連續相位及校正研究 3.4.3 並行梯度下降算法自適應光學校正 3.5 小結與展望 參考文獻第4章 激光大氣傳輸非綫性效應 4.1 熱暈效應的幾何光學近似分析及其定標參數 4.1.1 穩態熱暈效應 4.1.2 瞬態熱暈效應 4.2 整束熱暈效應相位補償近似分析 4.2.1 等效熱透鏡效應的q參數變換 4.2.2 整束熱暈相位校正定標參數分析 4.3 湍流熱暈相互作用綫性化理論 4.3.1 基本方程及其小擾動解 4.3.2 相位補償下的Strehl比錶達式 4.3.3 定標參數與計算分析 4.4 飛秒激光大氣傳輸自聚焦效應 4.4.1 自聚焦的物理描述 4.4.2 穩態自聚焦理論 4.4.3 動態自聚焦理論 4.4.4 自聚焦的閾值 4.4.5 等離子體散焦效應 4.4.6 超短脈衝傳輸的單絲結構 4.4.7 飛秒光絲強度自陷現象 4.4.8 光束自淨化現象 4.4.9 光絲自愈閤現象 4.5 小結與展望 參考文獻第5章 高能激光大氣傳輸數值模擬與實驗研究 5.1 激光大氣傳輸數值計算模式 5.1.1 基本方程的坐標變換 5.1.2 激光大氣傳輸的數值計算方法 5.1.3 激光大氣傳輸的數值計算網格選取的基本原則 5.2 高能激光大氣傳輸數值模擬與實驗驗證研究 5.2.1 熱暈效應模擬實驗研究 5.2.2 高能激光熱暈效應實驗研究 5.3 高能激光大氣傳輸定標規律數值仿真研究 5.3.1 聚焦平颱光束大氣傳輸光束擴展理論分析 5.3.2 綫性效應引起的光斑擴展 5.3.3 湍流效應與熱暈效應相互作用的分析 5.4 小結與展望 參考文獻第6章 激光大氣傳輸應用 6.1 激光雷達大氣探測技術 6.1.1 大氣成分探測激光雷達發展簡介 6.1.2 大氣風速測量 6.1.3 大氣湍流參數測量 6.2 激光大氣傳輸在光通信中的應用 6.2.1 大氣對通信的影響 6.2.2 激光通信中大氣湍流的影響抑製技術 6.3 自適應光學鬼成像 6.3.1 鬼成像係統 6.3.2 自適應光學鬼成像係統 6.3.3 自適應光學鬼成像係統實驗仿真 6.4 小結與展望 參考文獻附錄 常用激光波長大氣分子與氣溶膠吸收和散射係數

編輯推薦

文摘

序言

光之漣漪：探索光波在流體介質中的奇妙旅程及其無限可能 在宇宙的浩瀚中，光扮演著至關重要的角色，它不僅是信息的載體，更是能量的傳遞者。當光穿梭於不同的介質時，其行為會發生微妙而深刻的變化，從而孕育齣無窮的應用潛力。本書將帶領您深入探索光波在兩種至關重要且截然不同的流體介質——大氣層和海洋——中的傳輸特性，以及這些特性如何在現代科技與自然探索中綻放齣耀眼的光芒。 第一篇：大氣之光的脈絡——激光在大氣中的穿梭之旅 大氣，這層包裹著地球的薄紗，並非完全透明。它由各種氣體分子、水汽、塵埃、以及其他懸浮粒子構成，這些成分共同塑造瞭光在大氣中傳輸的復雜圖景。本書的開篇，我們將聚焦於激光，一種具有高度方嚮性、單色性和相乾性的特殊光源，在大氣中傳播的奧秘。 第一章：大氣對激光傳輸的影響 散射： 太陽光在穿過大氣時，會被大氣中的分子和粒子散射，這是天空呈現藍色的原因。激光也不例外，盡管其波長單一，但仍會受到瑞利散射（與波長四次方成反比，對短波長激光影響更大）和米氏散射（與粒子大小和波長相關，對可見光和近紅外激光影響顯著）的影響。這些散射會削弱激光強度，並使其光束發生展寬，從而影響遠距離傳輸的精度。 吸收： 大氣中的某些氣體成分，如水蒸氣、二氧化碳、臭氧等，會選擇性地吸收特定波長的激光。例如，CO2激光在許多大氣窗口中傳輸性能良好，而水蒸氣則會對近紅外和中紅外激光産生強烈的吸收。理解這些吸收譜綫對於選擇閤適的激光器進行大氣傳輸至關重要。 摺射與閃爍： 大氣密度和溫度的非均勻性導緻大氣摺射率隨空間和時間變化。這會引起激光光束的彎麯、抖動（閃爍）以及光強的起伏。這種效應在地麵大氣傳輸中尤為明顯，影響著激光雷達、激光通信等係統的探測精度和可靠性。本書將詳細解析這些大氣湍流效應的物理機製，並探討如何通過先進的光學補償技術來 mitigate（減弱）其負麵影響。 非綫性光學效應： 高強度激光在大氣中傳播時，可能會引發一係列非綫性光學效應，如自聚焦、自擴散、拉曼散射、布裏淵散射等。這些效應不僅會改變激光的光束形狀和能量分布，甚至可能導緻激光脈衝的解體或産生新的波長。理解這些非綫性過程對於設計高功率激光傳輸係統至關重要。 第二章：激光在大氣中的應用實踐 激光雷達（Lidar）： 激光雷達是利用激光探測目標並測量其距離、速度、形狀等信息的技術。在大氣科學領域，激光雷達被廣泛用於探測大氣結構、雲層高度、氣溶膠分布、汙染物濃度，以及進行天氣預報和氣候研究。本書將介紹不同類型的激光雷達（如多普勒激光雷達、相乾激光雷達、共振激光雷達），及其在大氣監測中的具體應用案例。 激光通信： 在空間站之間、衛星與地麵站之間，甚至未來城市中的自由空間通信，激光通信都展現齣巨大的優勢，例如傳輸速率高、頻譜利用率高、保密性強等。本書將探討自由空間光通信麵臨的大氣擾動問題，以及如何通過指嚮和跟蹤係統、編碼調製技術等來剋服這些挑戰。 激光遙感： 激光遙感技術利用激光與地錶、海洋、大氣相互作用産生的信號來獲取信息。例如，激光掃描儀用於三維地形測繪，激光誘導熒光技術用於識彆礦物和植被。本書將深入分析激光遙感在環境監測、資源勘探、城市規劃等領域的應用。 激光大氣治理： 盡管目前尚處於研究階段，但利用激光的特定能量特性來催化或分解大氣中的有害物質，例如臭氧、氮氧化物等，也存在潛在的應用前景。本書將對其進行初步的探討。 第二篇：碧波深處的熒光——激光在海水中的奇妙旅程 海洋，覆蓋地球錶麵積的70%以上，是地球上最廣闊的介質之一。與相對透明的大氣層不同，海水具有更高的密度、更復雜的成分以及更強的吸收和散射特性，這使得光在海水中的傳輸行為與大氣截然不同。本書的第二部分，我們將揭示激光在深邃海洋中的傳輸奧秘，以及它如何助力我們探索這個神秘的世界。 第三章：海水對激光傳輸的影響 吸收與散射： 海水中的水分子本身就會吸收可見光和近紅外光，尤其是長波長部分。此外，海水中的溶解物（如鹽分、有機物）和懸浮物（如浮遊生物、泥沙）是影響光傳輸的關鍵因素。這些成分會強烈地吸收和散射激光，導緻光強迅速衰減，光束發生展寬和形變。不同波長的激光在海水中的傳輸性能差異巨大，通常藍綠光（450-550 nm）在純淨海水中衰減較慢，被認為是海洋光學研究的“窗口”。 生物熒光： 海洋中廣泛存在的浮遊生物、細菌等會吸收激光能量，並在特定波長下發齣熒光。這種熒光可以提供關於生物種類的、生物量的信息，是海洋生物地球化學研究的重要手段。 海水湍流： 盡管海水比大氣湍流效應相對較弱，但海流、潮汐、波浪等作用下引起的水體擾動，仍然會影響激光的傳輸，導緻光束的微小抖動和能量起伏。 第四章：激光在海水中的應用實踐 激光水下探測與成像： 傳統的聲納技術在水下探測中存在分辨率低、信息量少的局限。激光水下探測技術，特彆是水下激光掃描儀和激光誘導熒光成像係統，能夠提供更高分辨率的三維地形信息、目標細節，以及生物熒光信息，為水下考古、海洋資源勘探、海底管道檢測等提供強大支持。 激光水質監測： 利用激光誘導熒光（LIF）技術，可以實時、原位地監測海水中的葉綠素、溶解有機物、石油汙染物等。通過分析熒光的強度和光譜，可以評估海洋生態係統的健康狀況，監測汙染事件，並為水環境保護提供數據支持。 激光水下通信： 盡管麵臨著巨大的挑戰，但激光水下通信的研究也在不斷推進。與無綫電波在水中衰減嚴重不同，特定波長的激光可以穿透一定深度的海水。盡管傳輸距離有限，但高帶寬的水下激光通信係統有望用於水下機器人、潛水器之間的高速數據傳輸。 激光誘導擊穿光譜（LIBS）在海水分析中的應用： LIBS技術利用高能量激光激發樣品，産生等離子體，通過分析等離子體發齣的光譜來確定樣品的元素組成。將其應用於海水分析，可以快速、靈敏地測定海水中的痕量元素，為海洋化學研究提供重要手段。 海洋生物學研究： 激光可以用於對海洋生物進行非侵入性的標記、追蹤以及對其生理過程進行研究。例如，利用激光掃描共聚焦顯微鏡觀察微觀海洋生物的細胞結構和功能。 第五章：跨介質的挑戰與未來展望 本書的最後，我們將綜閤討論激光在大氣和海水這兩種截然不同介質中傳輸所共有的挑戰，以及未來可能的發展方嚮。 剋服傳輸損耗： 如何通過優化激光波長選擇、提高激光器效率、設計更高效的光學係統來減小傳輸過程中的能量損耗，是永恒的課題。 增強信號的魯棒性： 針對大氣湍流和海水散射等擾動，如何開發更先進的自適應光學係統、信號處理算法，以保證信息傳輸的穩定性和可靠性。 多尺度、多模式的應用融閤： 將激光技術應用於大氣和海洋的聯閤監測，例如通過衛星遙感大氣信息，同時通過水下激光探測海洋環境，實現對地球係統的全方位、多尺度認知。 前沿技術的探索： 探索量子激光在海洋和大氣中的應用潛力，例如量子通信、量子傳感等，有望帶來革命性的突破。 結語： 激光，作為人類智慧的結晶，正以其獨特的穿透力、精準度和多功能性，不斷拓展著我們認知世界、改造世界的邊界。本書旨在為您呈現激光在兩個至關重要的自然介質——大氣和海水——中的壯麗旅程。通過深入剖析其傳輸機製，我們得以窺見其在科學研究、環境保護、資源開發、信息傳遞等各個領域的無限潛能。願這本書能激發您對光之奧秘的無限遐想，以及對利用光的力量探索未知的熱情。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事風格非常獨特，它不像一般的教科書那樣刻闆地說教，反而有一種深厚的曆史感和前瞻性。在探討激光在大氣中應用的章節，我感覺作者像是在和我們一起迴顧激光技術從誕生之初，如何一步步攻剋大氣乾擾的難關。他會提及一些經典的實驗和裏程碑式的突破，這使得閱讀過程充滿瞭探索的樂趣。而且，作者的筆觸在描述宏大敘事的同時，也注意到瞭細節的精妙。比如，當討論大氣中激光雷達的探測精度時，他會穿插一些關於傳感器的局限性和誤差來源的討論。這種將“理想模型”與“現實約束”進行拉扯的寫作手法，非常能抓住讀者的心。我喜歡這種亦莊亦諧的風格，它既能讓人領略到科學之美，又不至於沉浸在不切實際的樂觀中。讀完這一部分，我甚至産生瞭一種想去參與相關項目研發的衝動，因為它清晰地描繪瞭從實驗室原理到野外實測的完整鏈條，讓我看到瞭理論是如何轉化為可以觸摸到的技術成果的。

評分☆☆☆☆☆

最後，我想談談這本書給我帶來的思維上的啓發，這可能比具體的知識點更重要。閱讀過程中，我強烈感受到作者在強調“介質效應的普適性”這一核心思想。無論是大氣中的對流層影響，還是海水中的懸浮顆粒作用，其背後的核心挑戰都是如何設計一個能與特定環境“共存”而非“對抗”的傳輸係統。這促使我跳齣傳統的通信或光學思維定式，開始思考如何從環境本身尋找解決方案。比如，是否可以利用環境中的某些周期性特徵來輔助激光束的聚焦或傳輸，而不是一味地增加發射功率去對抗衰減。這種“與自然閤作”的理念，貫穿瞭全書。這本書讓我明白，前沿的光電技術研究，早已不再是單純的器件或算法的革新，而越來越依賴於對所處環境的深刻理解和精確建模。它為我打開瞭一扇窗，讓我看到工程科學如何與地球物理學緊密結閤，共同推動人類對信息傳輸邊界的拓展。

評分☆☆☆☆☆

從排版和圖錶的角度來看，這本書的處理也體現瞭極高的專業水準。清晰的圖例和詳盡的附錄是理工科書籍的生命綫，而這本著作在這方麵做得非常到位。那些復雜的能量密度分布圖、不同天氣條件下的光強起伏譜綫圖，都配有詳盡的注釋和來源說明，讓人即便沒有深厚的背景知識，也能大緻理解其物理含義。更讓我驚喜的是，書中還穿插瞭一些曆史性的、早期的實驗數據圖，與最新的數值模擬結果進行瞭對比。這種跨越數十年的數據對話，讓我深刻體會到科學研究的積纍性和迭代性。對我而言，清晰的視覺輔助材料是消化復雜物理概念的關鍵，這本書的圖錶設計不僅美觀，更重要的是功能性極強，它們將那些晦澀難懂的數學錶達式“翻譯”成瞭直觀的物理圖像。可以說，如果沒有這些高質量的配圖，這本書的閱讀體驗和知識吸收效率將會大打摺扣。

評分☆☆☆☆☆

這本《激光在大氣和海水中傳輸及應用》的書，我是在圖書館裏偶然翻到的，一開始就被它這個宏大的主題吸引瞭。我本身對光電技術和環境科學都有點興趣，所以覺得這可能是一本能觸類旁通的好書。剛開始看的時候，我主要被它在理論深度上的展現所摺服。作者似乎把從基礎的光學原理到復雜的湍流效應，再到不同介質的散射和吸收機製，都梳理得井井有條。那種嚴謹的數學推導和對物理過程的精細建模，讓人感覺這不是一本泛泛而談的科普讀物，而是一本真正下過功夫的專業教材或研究專著。特彆是關於大氣湍流對激光束穩定性的影響那一章，描述得非常生動，仿佛能看到那晃動的光斑和被扭麯的路徑。我尤其欣賞作者沒有停留在現象的描述，而是深入挖掘瞭背後的物理機製，比如不同尺度的渦鏇結構如何影響光束的能見度和能量分布。對我來說，這部分內容無疑是極具啓發性的，它為我理解遠距離信息傳輸中“信號衰減”這個古老難題，提供瞭一個全新的、基於光的視角。雖然有些地方的公式看得我頭皮發麻，需要反復推敲，但這正說明瞭它內容的紮實和專業性，不是那種可以輕易讀完就丟在一邊的書。

評分☆☆☆☆☆

當我繼續深入閱讀這本書時，我的關注點逐漸從理論轉嚮瞭它在實際應用方麵的描述，特彆是關於水下光學通信的那幾章。坦白說，我對海水的復雜性一直抱有敬畏之心，那裏的渾濁度、鹽度和溫度梯度，任何一個變量的變化都可能徹底顛覆大氣中的傳輸模型。這本書在這方麵的論述，展現齣瞭一種令人信服的工程智慧。它沒有迴避水下環境的極端挑戰，反而花瞭大篇幅去討論如何設計齣能夠穿透“墨水”般的深海環境的激光係統。我記得有一段詳細對比瞭不同波長激光在不同深度海水中的穿透深度和衰減係數，這個對比非常直觀且實用。讀到這裏，我忍不住聯想到我們現在對海洋資源的探索和監測需求，如果能用高帶寬的激光通信技術取代傳統的聲學通信，那簡直是信息革命。這本書提供的不僅僅是知識，更是一種解決實際問題的思維路徑，它展示瞭如何在極端非均勻介質中，通過優化光束整形和調製方式來“擠齣”更多的有效信息。對我這樣一個關注跨學科解決方案的人來說，這本書的工程實踐價值遠超其理論介紹的深度。