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激光海洋湍流传输的光束扩展定标规律

光学学报 2023年

作者：张庆孙兴旺钟哲强张彬四川大学电子信息学院

为快速预测和评估海洋湍流对光束扩展的影响及规律，开展了激光海洋湍流传输的光束扩展定标规律研究。通过采用功率谱反演法生成海洋湍流相位屏，计算模拟了光束扩展随海水参量和激光参数的变化及规律，进而建立了蓝绿波段激光海洋湍流... 详细信息

为快速预测和评估海洋湍流对光束扩展的影响及规律，开展了激光海洋湍流传输的光束扩展定标规律研究。通过采用功率谱反演法生成海洋湍流相位屏，计算模拟了光束扩展随海水参量和激光参数的变化及规律，进而建立了蓝绿波段激光海洋湍流传输的光束扩展定标关系式。结果表明，在海洋湍流传输距离100 m以内、激光波长范围470 nm～550nm、高斯光束束腰半径0.001 m～0.1 m、温度导致海洋湍流与盐度导致海洋湍流的比值范围为-5～-0.5等条件下，所建立定标关系式预估的光束扩展规律与数值计算结果的误差在5%以内，从而可为海洋水下激光通信和激光海洋传输等应用提供有效参考。

关键词：海洋湍流光束扩展光传输定标规律

光束扩展、光船倾斜和漂移对光船自由飞行演示的影响

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推进技术 2007年第5期28卷 505-508页

作者：何振吴建军刘洪刚鄢昌渝国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

为了研究光船的地面演示自由飞行试验中激光束扩展、光船相对激光束的倾斜和漂移等因素对光船飞行高度的影响,采用了理论分析和数值模拟相结合的方法。分析表明,激光束的扩展将导致光船接收激光功率的减小,光船相对于光束的倾斜会影响... 详细信息

为了研究光船的地面演示自由飞行试验中激光束扩展、光船相对激光束的倾斜和漂移等因素对光船飞行高度的影响,采用了理论分析和数值模拟相结合的方法。分析表明,激光束的扩展将导致光船接收激光功率的减小,光船相对于光束的倾斜会影响激光的聚焦和光船推力方向,但光船的倾斜力矩不会在飞行过程中累积而使光船倾斜过大,而光船的漂移则会改变光船推力以及侧力的大小。光船飞行数值模拟仿真表明,在横向偏移扰动下,光船在没有达到最大可能高度之前将脱离光束从而失去动力。研究结果显示,减小光船的横向偏移和激光束的发散角可以有效提高光船垂直上升的高度。

关键词：光船光束扩展飞行仿真

聚焦光束大气传输光束扩展定标规律的数值分析

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物理学报 2006年第12期55卷 6715-6719页

作者：黄印博王英俭中国科学院安徽光学精密机械研究所合肥230031

选取多种典型激光传输条件下的计算参量,对平台光束聚焦大气传输湍流热晕相互作用引起的光束扩展进行了数值分析.热畸变的产生是在快速变化的湍流扩束作用之后,在此假定的基础上,建立了描述聚焦光束大气传输光束扩展与大气传输特征物理... 详细信息

选取多种典型激光传输条件下的计算参量,对平台光束聚焦大气传输湍流热晕相互作用引起的光束扩展进行了数值分析.热畸变的产生是在快速变化的湍流扩束作用之后,在此假定的基础上,建立了描述聚焦光束大气传输光束扩展与大气传输特征物理参量的定标关系.在了解激光发射系统的特征参量和大气传输效应的特征参量之后,即可由定标关系迅速判断激光大气传输的效果,从而为激光工程系统的参量优化设计及其应用效能评估提供依据.

关键词：湍流效应热晕效应光束扩展定标规律

部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流大气的光束扩展

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物理学报 2006年第2期55卷 978-982页

作者：季小玲黄太星吕百达四川师范大学物理系成都610066 四川大学激光物理与化学研究所成都610064

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,并采用将部分相干双曲余弦高斯光束用厄米-高斯光束的非相干叠加表示的方法,研究了部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流大气的光束扩展问题,推导出了部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流大气均方根束宽的解析表达... 详细信息

基于广义惠更斯-菲涅尔原理,并采用将部分相干双曲余弦高斯光束用厄米-高斯光束的非相干叠加表示的方法,研究了部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流大气的光束扩展问题,推导出了部分相干双曲余弦高斯光束通过湍流大气均方根束宽的解析表达式.研究表明,部分相干双曲余弦高斯光束的扩展随着湍流大气的折射率结构常数C2n和光束离心参数δ的增大而加剧.但是,随着δ的增大,部分相干双曲余弦高斯光束受到湍流的影响减小.

关键词：部分相干双曲余弦高斯光束湍流大气光束扩展

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部分相干光在大气湍流中的光束扩展及角扩展

红外与激光工程 2015年第9期44卷 2726-2733页

作者：柯熙政王婉婷西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048

基于广义惠更斯-菲涅耳原理、交叉谱密度函数,利用修正Von Karmon谱模型以及ITU-R颁布的大气折射率结构常数模型,推导出部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中传输时的束宽及角扩展表达式,讨论并对比斜程和水平两种传输方式下天顶角、传输... 详细信息

基于广义惠更斯-菲涅耳原理、交叉谱密度函数,利用修正Von Karmon谱模型以及ITU-R颁布的大气折射率结构常数模型,推导出部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中传输时的束宽及角扩展表达式,讨论并对比斜程和水平两种传输方式下天顶角、传输距离、湍流强度、相干长度等参数对光束束宽与角扩展的影响,同时分别从相对束宽和相对角扩展的角度分析各种参数对于光束抑制湍流能力的影响,并给予相应的物理解释。结果表明:当天顶角小于π/3时,光束在斜程传输时的光束扩展和角扩展量接近于垂直传输,所受湍流影响很小。传输距离大于1 km时,束宽和相对束宽随传输距离的增加而明显增加。光束相干长度越大,光束所受湍流影响越大,而束宽及角扩展会随之减小。

关键词：部分相干光斜程传输光束扩展角扩展

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涡旋光束在湍流大气中的光束扩展

光学学报 2016年第3期36卷 8-14页

作者：葛筱璐王本义国承山山东师范大学物理与电子科学学院山东济南250014 山东理工大学理学院山东淄博255049

涡旋光束在湍流大气中传输时,其振幅和相位会发生随机起伏,导致在接收平面处的光强起伏及光束扩展等。以低阶拉盖尔-高斯涡旋光束为例,利用激光大气传输四维程序数值模拟了不同条件下的涡旋光束在湍流大气中传输时引起的光束扩展。由模... 详细信息

涡旋光束在湍流大气中传输时,其振幅和相位会发生随机起伏,导致在接收平面处的光强起伏及光束扩展等。以低阶拉盖尔-高斯涡旋光束为例,利用激光大气传输四维程序数值模拟了不同条件下的涡旋光束在湍流大气中传输时引起的光束扩展。由模拟结果可知,传输距离越长或湍流越强,涡旋光束在大气中传输时的束宽扩展受湍流的影响越大;涡旋光束的拓扑荷数越高、光束的束腰越小或光波的波长越长,其束宽扩展受大气湍流的影响越小。湍流的内尺度和外尺度也会影响涡旋光束的光束扩展,但影响程度相对较小。另外,通过计算仿真还比较了涡旋光束和普通高斯光束在湍流大气中传输时引起的光束扩展的差异。

关键词：大气光学光束扩展数值模拟涡旋光束

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远场光束扩展对光斑瞄准偏差影响的实验

光学精密工程 2010年第3期18卷 602-608页

作者：高明吴振森西安电子科技大学理学院陕西西安710071

在远场大气环境下的激光瞄准过程中，大气湍流效应会造成光束的漂移和扩展，从而影响激光器的瞄准精度。本文基于修正的Von Karman湍流谱和部分相干光在湍流大气中的传输理论，设计了高斯光波经过大气湍流后的光场模拟软件，并在一定气... 详细信息

在远场大气环境下的激光瞄准过程中，大气湍流效应会造成光束的漂移和扩展，从而影响激光器的瞄准精度。本文基于修正的Von Karman湍流谱和部分相干光在湍流大气中的传输理论，设计了高斯光波经过大气湍流后的光场模拟软件，并在一定气象条件下，通过一种激光光轴瞄准偏差测试系统进行外场实验。该测试系统光束直径≤9mm，接收部分为120mm大口径光学镜头。研究了3km范围内强湍流条件下光束的传输特性；结合实验数据，分析了在湍流大气中远场光传播时波束扩展对激光瞄准精度的影响。基于文中研究结果设计的瞄准偏差补偿方案可提高系统在大气能见度10km范围内的瞄准精度。在激光传输距离〈3km，斜程仰角为0～45°时，激光光斑偏移计算误差≤0．1mrad。

关键词：激光大气传输大气湍流光束扩展瞄准偏差

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跟踪抖动对激光湍流大气传输光束扩展的影响

光学学报 2005年第2期25卷 152-156页

作者：黄印博王英俭中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心合肥230031

　对发射系统的跟踪抖动对激光湍流大气传输光束扩展的影响进行了数值分析,并且得到了跟踪抖动对光束扩展影响的定标关系。由此定标关系可知,当系统衍射角σ0 较大时,跟踪抖动对光束扩展的影响比较小;但是当系统衍射角σ0 较小时,特别... 详细信息

　对发射系统的跟踪抖动对激光湍流大气传输光束扩展的影响进行了数值分析,并且得到了跟踪抖动对光束扩展影响的定标关系。由此定标关系可知,当系统衍射角σ0 较大时,跟踪抖动对光束扩展的影响比较小;但是当系统衍射角σ0 较小时,特别是在湍流效应较弱的情况下,抖动的影响非常显著,此时光束扩展主要是由系统抖动项所决定的。通常在湍流效应较弱时,系统跟踪抖动对光束扩展的影响相对较大,随湍流效应的不断增强,湍流扩展逐渐起主导作用,而系统跟踪抖动对光束扩展的影响相对逐渐减小。因此,由此定标关系可以定量了解不同条件下系统衍射、系统跟踪抖动以及湍流效应对光束扩展影响的大小,并为系统优化设计提供定量的科学依据。

关键词：大气光学跟踪抖动数值模拟光束扩展

聚焦平台光束大气传输光束扩展的定标参数分析

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量子电子学报 2006年第3期23卷 274-281页

作者：王英俭黄印博中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心安徽合肥230031

建议采用63．2％环围能量半径及其内平均功率密度描述激光器大气传输光斑扩展特性。通过利用数值模拟及实验观测相结合的方法,对聚焦平台光束大气传输线性效应及湍流热晕相互作用引起的光束扩展进行了大量的数值模拟及部分实验研究,建... 详细信息

建议采用63．2％环围能量半径及其内平均功率密度描述激光器大气传输光斑扩展特性。通过利用数值模拟及实验观测相结合的方法,对聚焦平台光束大气传输线性效应及湍流热晕相互作用引起的光束扩展进行了大量的数值模拟及部分实验研究,建立了描述聚焦平台光束大气传输光束扩展与大气传输特征物理参量的定标关系,从而为激光工程应用的可行性及系统参量的优化设计提供依据。

关键词：大气光学湍流效应热晕效应光束扩展定标规律