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大气湍流和热晕对远场光束质量的影响

张长水  
【摘要】: 当高功率激光大气传输时,湍流和热晕等线性和非线性效应对激光传输和远场光束质量都产生影响。 在大气光学领域,湍流是指大气中局部温度、压力的随机变化而产生折射率的随机变化。湍流产生许多温度、密度具有微小差异而折射率不同的涡旋元,这些涡旋元随风速等快速的运动并不断产生和消失,当光束通过这些折射率不同的涡旋元时会产生光束的抖动、强度起伏、光束扩展和漂移等一系列的大气湍流效应。 热晕是高功率激光束在大气中传输时遇到的一种非常重要的非线性效应,当高功率激光在大气中传输时,大气中的分子和粒子会吸收激光能量而使大气被加热膨胀,密度减小,导致局部折射率变小,相当于在大气中形成一个负的热透镜,造成光束扩大、弯曲、畸变、被折射,光斑分布变成很复杂的形状。这种由于高功率激光与大气的非线性作用产生光束的波前畸变和光束扩张的热效应称为热晕。 本文用数值模拟的方法研究了湍流和热晕对高功率激光在远场的光束质量的影响。在对高功率激光通过大气传输进行数值模拟时采用了相位屏近似处理的方法。主要内容包括: 1、在湍流和热效应的共同作用下,研究了高功率激光远场光束质量各参数随时间的变化。 2、在不考虑湍流时,研究了热效应对远场光束质量的影响,用两种不同的处理方法分析了光束各质量参数随时间的变化。 3、在考虑热效应的情况下,研究了湍流对远场光束质量的影响,用两种方法分析了光束质量各参数随时间的变化。


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