指向性

指向性波源中的三種預處理和調製方式，即無預處理雙邊帶調製方式（簡稱雙邊帶方法）、開方預處理雙邊帶調試方式（簡稱開方方法）和單邊帶方法。

指向性波源是一種新型波源，與普通波源相比具有如下特點：（1）發射距離遠；（2）可產生虛擬波源效應。指向性波源在軍事、工業、商業、文化、教育等領域都可以找到其用途，具有廣闊的應用前景，潛在經濟社會效益顯著。

對指向性波源的研究可以追溯到19世紀中葉的微波輻射效應的發現。20世紀60年代，Westerveh基於Lihghtlli的理論，給出了關於兩個平面波在不均勻介質中傳播時產生的二階場關係和具體的理論推導。1965年，H.0.Berktya提出了一個更精確的而且是更完整的關於參量化陣的解釋。他沒有侷限於分析原波是兩個波長的形式，而是更進一步地使用了調製中包絡的概念。他認為：參量化陣解調後的信號是包絡平方對時間的兩次偏微分成正比的"參量化陣理論"，直到1974年MaryBeth和Bafckstock才在空氣中實現了參量化陣。二十世紀70年代，前蘇聯的提出了KZK方程，它能精確地描述原波在近場和遠場自解調的整個過程，包括在波軸上和不在軸上的情況。該方程包含了指向性波源中的衍射（diffraction）、吸收（absorption）和非線性（nonlineartiy）作用。由於KZK方程的實際意義，所以對KZK方程求數值解很有必要，目前主要有時域算法、頻域算法（波長域算法）和時頻域混合算法三種思路。

1）指向性波源發出的電磁波具有具有各向異性，可向指定方向傳播；

2）指向性波源發出的電磁波可以傳播很長的距離；

3）可以產生虛擬波源。

最初對這個現象的認識是麥克斯韋，他證實了這是由電磁感應作用引起的。但是他沒有給出理論的分析結果。 ^[1] 

在所有產生波的光源中，任何光源的方向性最大程度上都與其產生的波長相比較的結果有關，與光源的尺寸相對應：與電磁波的波長相比，光源的頻率越高(波長越小)，指向性越強。特定的轉換方法對所產生的光場的方向性沒有影響；該分析僅依賴於源的孔徑函數，根據惠更斯 - 菲涅耳原理。

通過將信號調製到波長較短的短波載波（如高頻短波藍光或紫外線）上來實現高方向性。較高頻率的波具有較短的波長，因此不會如此迅速地覆蓋到空間其他地方。由於這個原因，這些設備所產生的方向性遠遠高於任何激光系統在物理上的可能性。但據報道，它們的長波複製能力有限。 ^[2]  。

圖1中惠更斯 - 菲涅耳原理應用於衍射，激光陣列中的光傳播得比點光源要小。

雖然大型激光器由於尺寸較大而自然而然地具有更大的方向性，但是通過利用一系列傳統的小型激光器可以製造出具有等效方向性的波源，所有這些激光都是同相驅動的。在光學上等於一個大的激光器，與波長相比，這產生了更大的波源尺寸，並且與單個小型激光器相比，所產生的光場變窄了。大型激光器陣列已被用於數百個激光儀器種，以減輕通常會傳播到鄰近鄰域的光，以及在某些程度的方向性有幫助的其他應用中的有限應用，例如雷達或類似的顯示器應用，其可以容忍大的顯示器尺寸。

傳統激光器陣列可以製造成任何形狀或尺寸，但是減小的物理尺寸（相對於波長）將固有地犧牲該維度的方向性。激光器陣列越大，指向性越強，激光器陣列的尺寸越小，指向性就越小。這是基礎物理學，即使使用相控陣或其他信號處理方法，也不能被繞過。這是因為任何波源的指向性模式都是源函數的傅立葉變換。然而，相控陣設計有時可用於波束轉向或旁瓣抑制，但是這些妥協必然會降低方向性。

從光學角度講，激光器陣列基本上與球面點光源一樣，也已經有幾十年了；圓頂開口的尺寸模仿相同直徑的大型激光器（或等同地，相同直徑的大型激光器）的光學特性。然而，圓頂的質量往往比同類激光器陣列的質量要小得多，而且價格要便宜得多。

出於與上述相同的原因，其他類型的大型激光器面板傾向於比小型激光器更具定向性；只是因為它們比大多數普通的激光器要大得多，所以它們更具有方向性。相應地，小型激光器的尺寸的激光器面板將是非定向的。

方向性關係給出了不同光源尺寸和形狀的方向性。方向性僅被示出為光源尺寸和形狀的函數，而不是所使用的特定類型的光傳感器的函數 ^[3]  。