用SBS和速度补偿镜实现激光传输畸变补偿及目标跟瞄

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激光在大气中的传输过程中,大气扰动将使激光波前发生畸变,导致激光束发生发散、漂移和闪烁等现象,影响激光传输效果.利用受激布里渊散射(Stimulated Brillouin Scattering-SBS)光学相位共轭技术可以补偿这种畸变,使激光会聚到远处的目标上,并对目标进行跟踪和瞄准.该文就这一问题展开理论分析和实验研究.首先简要介绍了利用SBS光学相位共轭技术实现激光对目标跟踪瞄准,并补偿激光大气传输的国内外发现现状.对激光在大气传输过程中的各种效应进行了描述,重点介绍了大气湍流对激光传输的影响,并进行了详细的分析.在利用SBS相位共轭技术补偿激光大气传输的理论基础上,提出了利用SBS光学相位共轭技术实现激光对目标跟踪瞄准的可行性.该论文在理论上利用光束变换矩阵来描述SBS效应实现对目标跟踪瞄准的过程,应用无限腔长高斯光束相位共轭谐振腔理论,描述了相位共轭系统作用于远距离目标的共轭补偿过程,建立了理论模型,并在此基础上计算了不同距离下目标上的光斑大小;讨论系统增益与作用距离的关系.在对静止目标进行精确瞄准的理论基础上,讨论了实现对运动目标进行跟踪瞄准的闭环过程.计算了大气湍流等晕角对利用SBS散射效应实现对运动目标跟踪瞄准的限制.在实验上,利用SBS光学相位共轭技术实现激光对目标的跟踪和瞄准,并补偿激光大气传输中所产生的波前畸变,并验证其可行性.利用SBS光学相位共轭技术补偿由于大气湍流等现象而造成的激光波前畸变,并实现对静止目标的精确瞄准的研究,进行了室内16米和室外1.27km多种环境下激光传输的实验.通过引入速度补偿镜的方法,该论文首先开展了利用SBS相位共轭效应实现激光跟瞄在轨运动目标的模拟实验研究,并补偿激光在大气传输中的波前畸变.在室内及室外多种环境下,实现了对在轨运动目标的跟踪瞄准,并研究了其跟瞄过程及条件.在室外目标距离1.27km,采用主动探测光方式,用CCD记录了目标处信标光和SBS相位共轭光光斑及空间光强分布,观察到SBS相位共轭光能量集中的过程.并用能量计记录了信标光与相位共轭光的能量关系,实现了激光远距离传输过程中的相位共轭补偿放大.
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