大功率空間橢圓光束整形和傳輸研究.pdf

1、空間激光通信對通信質量與通信穩(wěn)定性有很高的要求。在信號發(fā)射源的選擇上，半導體泵浦的固體激光器具有構造簡潔、使用壽命長、高效穩(wěn)定的優(yōu)勢，出射的激光光束具有輸出功率高、光束質量高、穩(wěn)定性高的特點。在固體激光器的選擇中，板條型激光器由于具有良好的導熱性能而成為首選。
　　本論文針對板條型固體激光器出射的在大氣中傳輸?shù)臋E圓激光光束的光束發(fā)散角、束腰半徑以及整形后光束所受大氣散射引發(fā)的成像光斑作出以下幾方面的研究：
　?。?）對板條激

2、光器與空間激光光束整形傳輸?shù)母艣r簡要介紹，重點綜述板條型激光器的優(yōu)勢與近年的發(fā)展狀況、光束整形的分類與近年發(fā)展狀況以及空間激光傳輸研究的發(fā)展狀況。
　?。?）介紹了以光學變換矩陣為主的光束傳輸特性研究方法、基模高斯光束的描述與質量評價方法以及高斯光束的ABCD定律應用。
　?。?）分析了大氣中粒子引起的Mie散射的理論基礎以及粒子的形狀、尺度參數(shù)、粒子的折射率對散射的影響，闡述了 Mie散射的強度分布函數(shù)、體角散射函數(shù)的計算

3、方法。
　?。?）針對板條激光器輸出光束光斑呈橢圓形的問題，采用幾何方法設計整形系統(tǒng)，運用ABCD定律，選用五組不同焦距的柱面凹凸透鏡組合，模擬了運用柱面望遠鏡系統(tǒng)對橢圓光束橫軸方向進行擴束、并用單波長擴束裝置壓縮激光橫軸與縱軸方向遠場發(fā)散角的方法。仿真結果為：選取特定組合焦距的柱面凹透鏡與柱面凸透鏡，可將激光光束橫軸方向的較大的初始發(fā)散角由600μrad減小到230μrad，同時使兩軸的束腰位置保持相同。通過普通擴束鏡對光束進行

4、橫軸、縱軸兩方向的同時擴束，擴束后橫軸、縱軸兩方向遠場發(fā)散角的比值接近于1。在實驗中最終也得到了整形后橫軸發(fā)散角為92.8μrad、縱軸發(fā)散角為107μrad的圓形高斯光束，與仿真結果相符合。
　?。?）整形后激光光束在大氣中傳輸時會受到后向散射，針對后向散射在CCD接收屏上的光斑形狀問題，分別通過理論與實驗進行研究。理論上，首先分析大氣激光傳輸?shù)谋葼柖珊秃笙騇ie散射的散射光強度函數(shù)；其次推導出成像光斑圓心位置及半徑計算公式，