稳态热晕对激光束大气传输特性的影响

利用稳态热晕条件下的高斯光束的光强分布模型,数值分析了无风和有风两种情况下稳态热晕效应引起的光束畸变。在无风情况下,分析了热晕对不同传输距离、不同初始功率的激光束能量分布的影响;在有风情况下,分析了热晕对近场和远场激光束的影响,分析了不同横向风速对光束畸变的影响。     

多光束激光大气传输

热晕效应存在时,利用发射多个激光束可以显著地提高光束到达靶面的光强峰值。数值模拟结果显示,比单光束到达靶面的光强提高两倍以上。     

基于微扰法研究涡旋光束在大气中传输的热晕效应

基于一阶微扰法,推导了涡旋光束在大气中传输 的稳态热晕解析表达式,并得到了由 热晕引起的涡旋光束的相位畸变表达式。通过数值模拟涡旋光束在大气中传输的光强等值线 分布,详细分析了传输距离、初始功率、横向风速、大气吸收系数和初始半径对涡旋光束热 晕的影响。研究结果表明,在其他参数不变的情况下,单一增大涡旋光束的初始功率、传输 距离和大气吸收系数,热晕效应会增强;相反,单一增大初始半径和横向风速反而会减小热 晕效应。在有风的情况下,由于热晕作用,涡旋光束会向来风方向偏折,峰值强度发生移动 ,形成不对称的分布,且涡旋光束在沿风向和垂直风向的相位变化有所不同。所得结果对高 功率激光在大气传输中的应用与高能激光器的发展具有重要的指导意义。     

风控热晕下椭圆激光光束质量的优化研究

实际高能激光器(如半导体激光器、光谱合束系统)出射的激光存在椭圆分布的现象。高能激光在大气中传输时会遭遇非线性热晕效应,大气热晕效应对椭圆高斯光束传输特性的影响还未见报道。用解析和数值模拟方法研究了风控热晕下椭圆激光光束质量的优化问题,推导出了热畸变扭曲参数的解析公式,并证明了其正确性。研究表明：由于椭圆光束像散特性,大气热晕效应对其传输特性的影响与风向密切相关。当源平面处迎风方向的束宽越大(光斑面积相等)时,聚焦椭圆高斯光束受热晕效应的影响越弱,靶面光斑对称性越好,能量集中度越高,即靶面光束质量越好。因此,在实际工作中,聚焦椭圆高斯光束的短轴沿着大气的总体风向更有利于减弱热晕效应。并且,聚焦椭圆高斯光束达到稳态热晕的时间与源平面处沿风方向的束宽成正比。研究结论对高能激光大气传输的应用具有理论指导意义。     

光束焦深区热晕效应实验研究

进行了聚焦光束焦深区稳态热晕效应的实验观测,获得在了不同热畸变参数情况下,相对光斑半径和Ａｒｒｙ斑面积内光强的测量结果。实验表明主激光焦深区热晕效应对信标光接收瞳面上的光强分布影响较大。     

脉冲激光大气传输热晕数值分析

由于大气通道上介质对激光能量的吸收，改变了大气折射率，形成自散焦负透镜，从而产生热晕。热晕使激光发生畸变，限制了激光能量在大气中的有效传输。以准直高斯光束为例，模拟单脉冲和序列脉冲激光大气传输，对均匀风场和无风两种情况下激光在不同靶程光束截面的光强分布进行了数值分析。结果表明：长脉冲比短脉冲受到非线性热晕效应影响大；序列脉冲存在一个最优化脉冲间隔，使上靶光强存在20%~30%的涨幅。最后，在没有采用自适应光学系统对畸变进行补偿的情况下，提出了采用脉冲间隔适当的序列短脉冲传输来提高激光传输能量的方法。     

激光非均匀性和内光路热效应对远场特性的影响

高功率高能激光在光束控制系统(或称为内光路)中的传输距离比长程大气传输要短得多，但高功率密度的激光束在通过内光路时的热效应对远场光束质量会有显著影响。采用自编的四维仿真程序，详细计算了沿x方向呈线性变化的环状高功率激光束通过内光路的传输。用像散参数、桶中功率(PIB)和峰值光强位置描述了远场光束质量。研究表明，内光路的热效应(热晕)使得光束的峰值光强和可聚焦能力下降，降低了远场的光束质量，初始光束的非均匀性会影响光束的可聚焦能力并引起像散。值得指出的是，热晕是一种非线性效应，会影响光强分布和引起远场峰值光强位置的移动，对此给出了物理诠释，并用数值计算证实了物理分析。     

几类高斯光束通过超高斯光阑衍射的研究

为了研究贝塞耳-高斯光束、空心高斯光束,平顶高斯光束通过超高斯光阑的衍射特性,本文从collins公式出发,采用数值模拟的方法,得到衍射光强的分布结果.模拟结果表明当菲涅尔数为4时候,衍射出现无调制现象,该种光阑有效的抑制了光强的衍射.当菲涅尔数确定时候,空心高斯光束在横截面上衍射光强的分布较为平滑.     

光纤间光的耦合研究

使用简化为一维积分的数值方法计算分析了光纤耦合效率和接收光功率,为应用时的设计计算和测量数据的分析计算提供了一个准确方法。62．5／125多模光纤在高斯光强分布下的数值计算结果与实验测量结果的一致性表明,高斯光束可以较好地表示光纤光强的分布。对光纤耦合系数和近场范围内的光纤接收光强的测量数据的分析必须使用准确的方法计算,近似方法存在较大的误差。     

非傍轴双曲正弦高斯光束质量因子M2的研究

在标量光场角谱衍射理论的基础上,应用精确光强定义下的非傍轴标量光束的光强二阶矩理论,计算了非傍轴双曲正弦高斯光束的束腰半径、远场发散角、质量因子,并与傍轴双曲正弦高斯光束的质量因子进行了比较研究。数值计算表明,当双曲正弦高斯光束束腰半径较大时,传统光强定义下的光强二阶矩理论近似成立,傍轴与非傍轴理论计算的光束质量因子变化规律完全相同;束腰半径较小时,傍轴理论计算的结果有较大误差,必须采用精确光强定义下的非傍轴光束质量因子的定义作修正。     

激光热晕补偿数值模拟计算与实验

热晕是高能激光大气传输的最重要非线性效应之一。本文编制了一套四维（三维空间，一维时间）程序用来模拟热晕及其相位补偿，对在实验条件下进行的热晕畸变及其自适应光学相位补偿实验作了数值模拟，从而将理论上的数值模拟和实验研究作了比较和分析。由计算和实验结果得到：热晕的存在会使高能激光在传输中光学质量变差，自适应光学系统对热晕造成的畸变有较好的修正，但如存在扰动（如初始光束自身不稳定，湍流扰动等），则会由于不稳定性而降低其修正效果。     

高能激光及其采样后大气传输中湍流及热晕效应的比较

通过数值模拟，比较了高能激光及其采样后在湍流大气中传输时远场中央长曝光斑的环同能量半径与扩展等情况。结果表明，在仅有湍流时两者保持不变，而热晕会导致光斑的进一步扩展；采样器的透光比越低，热晕对光斑的扩展影响越小；未采样高能激光的远场中央光斑相对于高能激光经采样后的远场中央光斑的扩展，可归因于热晕效应。因此，利用光束波前采样器对高能激光及其采样后在湍流大气中传输时的远场光斑特性进行比较，就可以诊断高能激光大气传输热晕效应。     

激光大气传输模拟程序CLAP及其应用

基于已有的工作基础,利用高效的科学计算语言FORTRAN95,开发完善了一套实用化的激光大气传输模拟程序.该程序基于光场传播的抛物型方程和多层相位屏技术,实现了激光大气传输的湍流效应、热晕效应以及湍流和热晕相互作用等的数值模拟.通过内置的4种激光大气传输路径以及10种光学湍流廓线等,可以在多种传输模式下对圆形、环形和方形等光束的传输过程和效应参数进行仿真计算,光传播的实时过程利用OpenGL技术能够三维动态显示.模拟软件的用户界面友好,计算参数设置方便,可以有效地为自由空间光通信、激光雷达探测以及随机介质中的光传输研究等提供理论分析和性能预测.     

多束强激光在大气传输中的热晕与湍流效应

强激光在非均匀光程中传输时,大气路径中分子的吸收系数不再是常数,利用内插法得出了中纬度夏季模式的分子吸收系数随海拔高度的变化规律。强激光传输会同时受到大气湍流效应和热晕效应的共同影响,这严重影响了强激光传输的效能,而采用多束强激光传输方法可以减小这些效应的影响。根据波动光学理论,建立了三束脉冲激光在湍流和热晕相互作用下的数学模型。数值结果表明:该方法对光强起伏、光斑分裂和光束扩展等现象有较好的校正效果。     

频率抖动技术抑制变换器电磁干扰分析

针对传统的固定频率PWM控制方式引起的波形频谱能量集中、谐波幅值较大的缺点,文章基于频率调制(FM)的理论分析了开关频率抖动技术扩散电压频谱以及电流频谱能量的基本原理,结合传统的PWM控制器,采用三角波作为调制信号实现简单的频率抖动的方法。该方法可使开关管两端电压以及输入电流低次谐波的幅值得到显著下降,实现了从干扰处抑制电磁干扰的措施,从而改善了变换器EMI的低频传导特性。实验结果验证了该方法的正确性。     

强激光大气传输热晕方程的积分表示

基于菲涅耳 基尔霍夫近似，运用格林函数方法导出了热晕方程的积分表达式，并以连续波(CW)稳态热晕为例进行了数值计算和讨论，结果表明我们所采用的方法是可行的。众所周知的菲涅耳 基尔霍夫衍射积分则是我们所得积分表达的一个特例。     

基于DSP和FPGA的多雷达脉冲信号模拟器设计

主要介绍了一种基于PC＋DSP＋FPGA体系结构的多雷达脉冲信号模拟器,能够模拟1—4部常规雷达、重频抖动雷达、重频参差雷达、重频参差抖动雷达、频率捷变雷达等多种体制雷达的混叠脉冲信号,并提供对应的载频编码输出,仿真度高。雷达的部数及每部雷达的参数可通过主控计算机中的主控软件进行设置,使用方便灵活,信号通用性强。该系统可在电子战设备前端微波分系统不参与的条件下,为后级数据处理分系统调试提供逼真的雷达测试信号。     

激光大气传输湍流与热晕综合效应

讨论了激光大气传输时的湍流与热晕综合效应问题.提出了根据湍流效应对热晕经验公式进行修正的处理方法,其物理基础是在湍流效应较明显的情况下,由相干距离决定的湍流Fresnel衍射参数远小于由发射口径决定的Fresnel衍射参数时,小尺度热晕的影响超过整束热晕占主导地位.将修正的经验公式与基于数值计算的定标公式相比较,结果令人满意.     

激光大气传输非线性效应数值模拟与分析

对激光通过大气传输的主要非线性过程进行数值模拟，列出大气的流体动力学方程组和与大气互作用的波方程．推导出受激热瑞利散射引起的小扰动不稳定性的波与大气的耦合方程，还对湍流作了处理，依据这些理论基础，编制了一套四维程序，用来模拟热晕及补偿、小扰动不稳定性、热晕与湍流的互作用过程．理论结果和实验十分符合．