大气湍流对激光传输特性的影响

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随着激光技术的发展,激光在大气中的应用正受到世界各国的广泛重视,如激光雷达、大气激光通信、激光能量传输和激光测距等。当激光在大气中长距离传播时,由于大气的影响,相干度、亮度会下降,光束会发散、抖动,许多物理性质会改变,激光的优点被大大地消蚀。大气湍流引起的折射率随机起伏将导致光场的随机变化,会严重限制各种激光系统的使用性能,决定着激光系统的技术可行性。近年来,人们对部分相干光在自由空间和湍流介质中的传输进行了广泛深入的研究,取得了许多成就。另一方面,由于大气对激光的影响较为显著,利用这些规律,又可使激光成为一种大气探测的有用工具。因此,随着各类光学工程研制的进展,这个课题受到越来越广泛的注意,几十年来人们已经在这方面做了大量的研究工作,建立了不少有价值的理论模型。 激光大气传输特性是研究激光在通过大气传播的过程中,大气与激光相互作用产生的一系列线性与非线性效应以及这些效应对激光传输的影响。本文基于正的共焦非稳定谐振腔的激光场,从谐振腔本身算起,利用快速傅立叶变换(FFT)研究激光光束在湍流大气中的传播特性,重点分析了化学氧碘激光器在大气中传输产生的湍流效应,这种效应使激光光束扩展,激光强度降低。本文给出了激光光束近场和远场强度和相位的三维分布图,我们考虑大气湍流的影响,求出了激光光束在大气中的偏移、光束的扩展和光束质量等。同时,计算得出激光束的远场强度分布变化,绘出远场衍射图形,并且得出此图形由于大气湍流影响发生畸变。我们利用β参数和Strehl比来评价高能激光器的光束质量特性,给出了这两个参数随着传输距离变化的图形。随着传输距离的增加,远场的图形向外扩张,最高能量减小,中心峰偏移,同时光束质量被大大地削弱。
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