激光热晕及湍流效应室内模拟实验

论文摘要

高功率激光在大气中传输时必然受到大气消光效应和大气湍流效应等线性效应以及热晕等非线性效应的影响,这不仅会导致激光光强衰减,同时会使光束质量下降,限制了高功率激光的应用和发展。已有研究表明湍流与热晕引起的光束畸变均可归为相位的影响,利用自适应光学系统可对其畸变进行校正,因此深入系统地开展大气中湍流及热晕传输效应研究具有重要意义。高功率激光传输效应实验室模拟方法不仅可为相关理论研究提供实验条件,更可克服激光大气传输外场试验中涉及因素多、可重复性及可控性差、试验难度大、成本高等问题。大气湍流效应的实验室模拟方法已较为成熟,而现有的热晕实验模拟多采用高功率激光传输通过强吸收介质的方法,该方法设备复杂建设成本高。本文旨在探索一种易于实现且模拟效果可靠的低成本热晕实验模拟方法,该方法还应便于与湍流模拟实验联合进行大气湍流热晕模拟实验。本文提出采用纯相位液晶空间光调制器（LC-SLM）加载热晕相位屏法获得的远场畸变相位图来模拟热晕光场畸变的实验仿真方法。实验模拟产生的热晕畸变光场光强分布测量图与仿真光强分布图的皮尔逊相关系数不低于0.72。实验验证了该热晕模拟方法的有效性,本实验采用的调制深度为0-2π、像素单元为1024×1280、填充因子为90%的LC-SLM可较好地模拟出热畸变参数Nc为4-50的热晕畸变光场。目前大气中湍流及热晕效应数值仿真及实验方法多是将两者独立处理,基于这一原则,本文设计并搭建了同时开展湍流效应与热晕效应研究的激光大气传输模拟实验系统,对连续经过采用热晕与湍流模拟装置传输后的光束畸变特性进行了实验分析。湍流模拟器模拟湍流的大气折射率结构常数nC2范围为3.69?10-133.22?10-1212 m-2/3,相应大气相干长度0r范围为0.0340.124m,令热畸变参数Nc为4-50的畸变光束在其中传输后测得其光强图,计算实验测得的光强图与仿真光强图的相关系数不低于0.69,表明二者相关程度较好但与单独模拟的热晕光束相关程度有所下降,这是因为实验中湍流以及传输距离的增加等影响所致。论文初步实验表明本文提出的利用LC-SLM热晕畸变光束模拟方法可行,并可同时开展湍流热晕联合传输效应的模拟实验,该实验模拟系统为高功率激光自适应校正提供了重要的实验条件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号对照表
• 缩略语对照表
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 大气湍流的国内外研究现状
•     1.2.2 热晕的国内外研究现状
•     1.2.3 大气中湍流热晕联合效应国内外研究现状
•   1.3 论文研究内容及结构安排
• 第二章 激光大气传输基础理论与数值仿真
•   2.1 大气湍流及传输理论简介
•     2.1.1 大气湍流统计理论
•     2.1.2 激光大气湍流效应
•   2.2 大气湍流效应数值仿真
•     2.2.1 相位屏数值仿真方法简介
•     2.2.2 大气湍流效应数值仿真
•   2.3 热晕效应简介
•     2.3.1 热晕效应的产生原理
•     2.3.2 热晕效应的物理特征
•   2.4 热晕效应数值仿真
•     2.4.1 热晕效应数值仿真方法简介
•     2.4.2 热晕效应数值仿真典型结果
•   2.5 湍流与热晕联合效应数值仿真结果
•   2.6 本章小结
• 第三章 湍流模拟器湍流特性测量
•   3.1 湍流模拟器简介
•   3.2 湍流特性测试
•     3.2.1 测试原理及仪器
•     3.2.2 测试结果与分析
•   3.3 激光大气湍流传输效应测试
•     3.3.1 激光传输湍流效应实验系统介绍
•     3.3.2 湍流效应实验与分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 激光热晕效应实验模拟
•   4.1 LC-SLM的简介与标定
•   4.2 LC-SLM热晕相位模拟实验
•     4.2.1 LC-SLM热晕相位模拟及性能测试
•     4.2.2 LC-SLM热晕相位模拟实验结果结论
•   4.3 湍流与热晕联合效应实验
•     4.3.1 湍流与热晕联合效应实验系统介绍
•     4.3.2 湍流与热晕联合效应实验结果结论
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 本文主要研究内容
•   5.2 进一步研究方向与方法
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 尹晨旭

导师: 韩香娥

关键词: 大气湍流效应,热晕效应,相位屏

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 西安电子科技大学

分类号: TN24

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.001472

总页数: 79

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