球差对高功率激光上行大气传输光束质量的影响

作     者：黄梓樾 邓宇 季小玲 Huang Zi-Yue;Deng Yu;Ji Xiao-Ling

作者机构：四川师范大学物理与电子工程学院成都610068 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2021年第70卷第23期

页      面：240-247页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61775152) 

主　　题：球差 非线性自聚焦效应 高功率激光上行大气传输 光束质量 

摘      要：地基激光空间碎片清除等激光烧蚀推进在太空中的应用中,激光功率已远超过大气非线性自聚焦临界功率,因此自聚焦效应是影响光束质量的重要因素.此外,由于高功率激光产生过程中的非线性效应,光束常伴有球差.本文采用数值模拟方法,研究了球差对高功率激光上行大气传输光束质量的影响.研究表明:对于大尺寸(光束发射尺寸)光束,利用正球差可提高靶面光强.然而,对于小尺寸光束,则需利用负球差提高靶面光强.并且,大尺寸比小尺寸光束更适合地基激光空间碎片清除等应用.在线性衍射效应和非线性自聚焦效应共同作用下,存在一个最佳发射功率使得靶面光强最大化,本文拟合出了大尺寸光束的最佳发射功率的公式.另一方面,由于衍射、自聚焦和球差均导致焦移,这使得靶面光束质量变差.本文推导出了大尺寸光束情况下透镜修正焦距公式,这样可把将实际焦点移至靶面,从而提高靶面光束质量.本文所得结论具有重要的理论和实际应用意义.