高能激光大气传输及其相位补偿的仿真研究

• 作 者: 乔春红
• 机 构: 中国科学院合肥物质科学研究院
• 出 处: 中国科学院合肥物质科学研究院
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 激光大气传输 湍流效应 热晕效应 相位补偿 自适应光学相位 数值仿真

激光大气传输产生的一系列线性和非线性效应，尤其是大气湍流效应、非线性热晕效应以及湍流热晕相互作用，将会导致激光束传输质量的严重退化，从而会对众多激光工程产生不利的影响。因此，弄清激光在大气中传输的规律及如何减小大气对激光传输的影响具有非常重要的意义。为此，笔者在已建立的高能激光大气传输及其自适应光学相位数值仿真软件平台及实验平台基础上，进行了大量的数值仿真工作及室内模拟实验，取得的主要成果和创新如下：　　
1、对高能激光大气传输中产生的热晕效应及其自适应光学相位校正进行了室内管道模拟实验，获得了自适应光学系统开闭环时一些用来衡量光束传输效果参量的测量结果，同时利用实验中测量的发射系统参数及大气参数的定量数据进行了数值模拟对比分析，二者取得了较好的一致性。另外，本实验结果与美国林肯实验室的定标实验结果进行了比较，二者基本一致；　　
2、对高能激光在大气中传输时湍流热晕综合效应下引起的光斑扩展进行了数值分析，获得了描述聚焦光束大气传输光束扩展以及平均功率密度与大气传输特征物理量的定标关系。根据此定标关系，能够对高能激光在大气中传输的效果做出快速地预测和有效地评估；　　
3、针对高能激光上行远程传输场景，对光束扫描条件下的湍流效应、热晕效应相位补偿进行了理论分析，获得了在考虑光速有限和自适应光学系统时间延迟条件下主激光与信标光相屏之间的错位间距关系式；　　
4、对高能激光上行远程传输及其自适应光学相位校正进行了数值分析，获得了在考虑光速有限和自适应光学系统时间延迟条件下传输效果参量与发射功率和目标运动速度参量之间的关系；获得了激光上行传输自适应光学相位补偿的最佳信标光方式；　　
这些结果对进一步了解激光在大气中传输的规律及如何减小大气对激光传输的影响具有一定的参考价值，同时为激光工程应用的可行性及系统参量的优化设计提供了科学依据。