随机光场入射时的猫眼效应研究

【摘要】： 在实际战场上,利用光学系统的猫眼效应进行主动激光探测时,激光的传输不可避免的要受到大气湍流的影响,使到达猫眼系统(本文指所要探测的目标光学系统)的光束发生扩展、漂移、光强闪烁、相位起伏、波面畸变等一列的效应,即大气湍流效应。这些湍流效应对猫眼效应的利用是不利的。 研究光学系统的猫眼效应的传统方法,主要建立在规则光束入射时的几何光学方法。但是,探测激光发射后,在传输过程中受到大气湍流的影响,到达目标光学系统时的光场,已经是一个带有湍流统计特征的随机光场。那么,在对利用猫眼效应进行主动激光探测的可行性分析时,目标光学系统的猫眼效应,已经不能沿用传统的几何方法来分析了。如何对随机光场经过光学系统的传输进行相关的研究和分析,是本文的主要工作。 本文工作的主要研究成果如下: (1)通过多相位屏法,数值模拟了激光通过大气湍流的传输,获得了到达猫眼系统的随机光场分布; (2)提出了一种计算相位屏的新方法,将Malacara多项式用于产生湍流相位屏,并与Zernike多项式法的模拟结果进行比较,发现其结果更接近统计理论值; (3)提出了一种利用随机光场相位起伏分布构建波面几何形态的方法,为研究随机畸变波面的形态变化提供了前提条件; (4)利用Collins衍射积分法,计算并模拟了随机光场入射时的回波光场分布,为研究光束的回程传输提供了初始条件; (5)在Matlab环境下将上述的整个传输过程进行了程序仿真,输入相关的参数,可获得相关的传输结果和图像。该程序为此项课题最终的软件形成,奠定了良好的基础。