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大气吸收对紫外光通信的影响分析

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:大气中对太阳辐射有吸收作用的气体主要是二氧化碳、水蒸气、氧气和臭氧,对紫外光谱吸收最为强烈的则是大气中的臭氧分子。其中Hartley吸收带为臭氧的强吸收带,吸收范围在200~264 nm,吸收能力较强;Huggins吸收带为臭氧的弱吸收带,吸收范围在300~360 nm,吸收能力较弱,吸收系数Ka可表示为图9.5紫外光谱分布图式中,σ(λ)为“吸收截面”,与紫外光波长有关;ρ′为臭氧浓度。

大气吸收对紫外光通信的影响分析

紫外光在大气传播过程中受到大气吸收影响造成能量严重衰减,从而造就了紫外光“隐身”传输的特性。光通过大气过程中大气分子吸收光波能量后,低能级电子会跃迁到高能级并向外辐射能量,但由于电子跃迁吸收的能量是固定值,因此不同介质的吸收作用具有明显的波长选择性。大气中对太阳辐射有吸收作用的气体主要是二氧化碳、水蒸气、氧气和臭氧,对紫外光谱吸收最为强烈的则是大气中的臭氧分子。太阳辐射中紫外光区的波长范围在10~400 nm之间,可分为4个区域,如图9.5所示。

臭氧主要分布在高空10~50 km的范围内,并在紫外波段存在Hartley和Huggins两个吸收带。其中Hartley吸收带为臭氧的强吸收带,吸收范围在200~264 nm,吸收能力较强;Huggins吸收带为臭氧的弱吸收带,吸收范围在300~360 nm,吸收能力较弱,吸收系数Ka可表示为

图9.5 紫外光谱分布图(www.xing528.com)

式中,σ(λ)为“吸收截面”,与紫外光波长有关;ρ′为臭氧浓度。臭氧数密度垂直分布数据采用34°N,109°E(西安)地区SCIAMACHY的测量结果,臭氧吸收截面数据源自TOMRAD臭氧参数数据库中的部分数据。不同臭氧浓度下,光束波长改变对大气透过率的影响如图9.6所示。

图中任何浓度下波长在200~280 nm间透过率均较低,因此该波段被视为“日盲”紫外光波段,其中臭氧对波长为250 nm左右的紫外光吸收作用最强。

图9.6 不同波长光束透过率

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