大氣湍流對(duì)畸變光束質(zhì)量以及貓眼光學(xué)鏡頭反射光傳輸特性的影響.pdf

1、在許多高功率激光系統(tǒng)中，由于工作介質(zhì)的增益飽和效應(yīng)、增益的非均勻性、非線性效應(yīng)及光闌衍射的影響，使得高功率激光具有振幅調(diào)制和相位畸變。研究畸變激光束的傳輸變換和控制是高功率激光技術(shù)領(lǐng)域中的一個(gè)重要課題。另一方面，相對(duì)于被動(dòng)探測(cè)技術(shù)，利用被探測(cè)目標(biāo)攜帶光學(xué)鏡頭的貓眼效應(yīng)原理來進(jìn)行激光主動(dòng)探測(cè)，可以獲得更遠(yuǎn)的探測(cè)距和更高的定位精度。由于技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用需求的牽引，在維和以及現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，激光主動(dòng)探測(cè)的技術(shù)及理論研究受到了越來越多的關(guān)注。要將高功

2、率激光和激光主動(dòng)探測(cè)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際，不可避免地會(huì)遇到大氣湍流的影響，本論文對(duì)此開展了深入的理論研究，主要研究工作包括:
　　 1、研究了受光闌限制的振幅調(diào)制和相位畸變光束在大氣湍流中傳輸?shù)墓馐|(zhì)量。基于廣義惠更斯-菲涅爾原理，并利用維格納分布函數(shù)，推導(dǎo)出了受光闌限制的振幅調(diào)制和相位畸變光束在大氣湍流中傳輸?shù)娜鹄麉^(qū)間zR和M2因子的解析表達(dá)式。以瑞利區(qū)間zR和M2因子作為光束質(zhì)量的特征參數(shù)，研究了大氣湍流對(duì)光束質(zhì)量的影響。研究表明

3、，無論在自由空間還是大氣湍流中，受光闌限制的振幅調(diào)制和相位畸變光束的M2因子都要比受光闌限制的高斯光束的要大。然而，在大氣湍流中，如果以瑞利區(qū)間zR作為光束質(zhì)量的特征參數(shù)，則受光闌限制的振幅調(diào)制和相位畸變光束的光束質(zhì)量可能會(huì)比受光闌限制的高斯光束的要好。在大氣湍流中，隨相位畸變參數(shù)的變化，受光闌限制的振幅調(diào)制和相位畸變光束的瑞利區(qū)間zR和M2因子在描述光束質(zhì)量上是一致的，但隨著振幅調(diào)制參數(shù)的變化，它們是不一致的。受光闌限制的振幅調(diào)制和相

4、位畸變光束受湍流的影響比受光闌限制的高斯光束的要小。相位畸變參數(shù)越小，振幅調(diào)制參數(shù)越大，受光闌限制的振幅調(diào)制和相位畸變光束受湍流的影響越小。本文所得結(jié)論為高功率激光在大氣湍流中傳輸?shù)南嚓P(guān)應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。
　　 2、研究了傾斜離軸部分相干光在大氣湍流中經(jīng)貓眼光學(xué)鏡頭反射的反射光傳輸特性。采用部分相干光作為主動(dòng)探測(cè)光，并以高斯-謝爾模型(GSM)光束作為部分相干光的典型特例，推導(dǎo)出了GSM光束在大氣湍流中經(jīng)貓眼光學(xué)鏡頭反射在接收

5、面處的平均光強(qiáng)、返回偏差、二階矩束寬和遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角的解析表達(dá)式。研究表明，當(dāng)貓眼光學(xué)鏡頭存在微弱正離焦δmax情況下，軸上光強(qiáng)可達(dá)到最大值。貓眼光學(xué)鏡頭焦距越大，所需δmax越大。但是，大氣湍流和探測(cè)光相干性好壞都不會(huì)改變所需δmax值。隨著傳輸距離的增大，相干性越差的探測(cè)光的反射光束擴(kuò)展可以更小，這與部分相干光自由空間傳輸規(guī)律完全不同。如果主動(dòng)探測(cè)光是傾斜離軸的，主動(dòng)探測(cè)光經(jīng)貓眼光學(xué)鏡頭反射后不能原路返回。返回偏差的絕對(duì)值隨著相干參數(shù)的