湍流對部分相干雙曲余弦高斯列陣光束擴展和光束傳輸因子的影響.pdf

1、激光束在大氣湍流中的傳輸理論及實驗研究,對于激光通訊、激光測距、激光雷達以及激光武器等領(lǐng)域的應(yīng)用有著重要的意義。近年來,激光列陣合成技術(shù)由于在高功率系統(tǒng)、慣性約束聚變和高能武器等方面的應(yīng)用也越來越受到人們的關(guān)注。而實際激光束存在部分相干情況。因此,研究部分相干列陣光束在大氣湍流中的傳輸特性是十分有意義的。本文研究了湍流對部分和完全相干雙曲余弦高斯(ChG)列陣光束擴展和光束傳輸因子的影響。主要內(nèi)容總結(jié)如下:
　　 1.研究了Ch

2、G列陣激光束通過大氣湍流傳輸?shù)慕菙U展及方向性。利用積分變換技巧推導(dǎo)出了ChG列陣光束通過大氣湍流傳輸?shù)亩A矩束寬和角擴展的解析公式,給出了ChG列陣光束與一束高斯光束具有相同角擴展的條件。研究表明:相干合成的ChG列陣光束的角擴展比非相干合成的小,但是,非相干合成的ChG列陣光束的角擴展受湍流影響比相干合成的小。此外,相干合成的ChG列陣光束的角擴展隨離心參數(shù),束腰寬度和相對子光束間距的變化均出現(xiàn)振蕩,但湍流中的振蕩減弱。非相干合成的C

3、hG列陣光束的角擴展與相對子光束間距和光束數(shù)目無關(guān)。
　　 2.采用湍流距離(湍流距離是指大氣湍流導(dǎo)致的光束橫截面積擴展達10％時光束的傳輸距離)定量地研究了湍流對部分相干ChG列陣光束擴展的影響?；趶V義惠更斯—菲涅耳原理,采用Rytov相位結(jié)構(gòu)函數(shù)二次近似和積分變換技巧,推導(dǎo)出了部分相干ChG列陣光束通過大氣湍流傳輸時湍流距離的表達式。詳細(xì)研究了部分相干ChG列陣光束的湍流距離隨著大氣湍流強度、光束參數(shù)(即子光束數(shù),光束相干

4、參數(shù),離心參數(shù),相對子光束間距)以及光束疊加方式(即交叉譜密度函數(shù)疊加和光強疊加)的變化情況。研究表明:部分相干ChG列陣光束的光束擴展會隨著大氣湍流強度的增大而增大,但是當(dāng)選擇合適的光束參數(shù)以及光束疊加方式時,可以減小湍流對部分相干ChG列陣光束擴展的影響。
　　 3.采用光束傳輸因子(M2因子)作為光束質(zhì)量的評價參數(shù),研究了ChG列陣光束通過大氣湍流傳輸?shù)腗2因子。利用Rytov相位結(jié)構(gòu)函數(shù)二次近似和積分變換技巧推導(dǎo)出了Ch

5、G列陣光束在大氣湍流中傳輸?shù)腗2因子的解析公式,并采用相對M2因子研究了湍流對M2因子的影響。研究表明:在大氣湍流中M2因子不再是一個傳輸不變量,湍流使得M2因子增大。非相干合成情況下,M2因子隨著傳輸距離、光束參數(shù)、相對子光束間距和子光束數(shù)目的增大而增大。相干合成情況下,M2因子隨光束參數(shù)和相對子光束間距的增大呈現(xiàn)振蕩上升。相干合成情況下的M2因子比非相干合成的要小。然而,非相干合成情況下的M2因子受湍流影響比相干合成的要小。特別地,