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激光在湍流较弱但传输距离较长的条件下传输时,将产生强闪烁效应。在强闪烁效应条件下,畸变光场中会出现相位不连续性问题,从而使自适应光学系统的校正能力受到限制。因此,为了提高自适应光学系统在激光大气传输强湍流效应条件下的性能,有必要对相位不连续性问题作深入地研究。
本文利用激光大气传输四维程序,首先计算了湍流强度对自适应光学校正能力的影响,然后对相位不连续点的时空演化特征进行了数值模拟,最后对相位不连续点数与湍流效应特征参数的关系及其随湍流效应的变化过程作了定性的计算分析,取得的主要成果和创新如下:
1.强湍流效应条件下要考虑闪烁效应和相位不连续性对光束质量的影响;对于不同的发射和传输条件,自适应光学系统对激光大气传输的校正范围是不同的,且存在一阈值,条件不同其阈值是不同的。
2.相位不连续点是随着波前运动的,并且可以成对地产生或湮灭;当传输过程中的某一位置固定时,垂直于传播方向的畸变光场内的相位不连续点所在的位置随时间的变化是不确定的,但当传输条件一定的情况下,该位置处的相位不连续点数目的统计平均值是可以确定的。
3.相位不连续点的数目不仅与大气湍流强度、传输路径长度和传输光的波长有关,而且还与湍流的内尺度有关;当湍流效应达到一定程度时,相位不连续点的数目又有一个缓慢增长的过程;不同的强湍流效应条件下,当Rytov方差一定时,相位不连续点的数目存在很大的差异。