发射系统遮拦比对均强聚焦光束光斑扩展的影响.pdfVIP

　第 15 卷 　第 12 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol. 15 ,No. 12 　 　2003 年 12 月 HIGH POWER LASER AND PARTICL E BEAMS Dec. ,2003 　 文章编号 : (2003) 发射系统遮拦比对均强聚焦光束光斑扩展的影响 石小燕 , 　王英俭 , 　黄印博 ( 中国科学院 安徽光学精密机械研究所 大气光学实验室, 安徽 合肥 230031) 　　摘 　要 : 　利用数值模拟方法讨论了发射系统遮拦比对均强聚焦光束湍流大气传输光斑扩展的影响 。结 果表明 ,对于均强聚焦光束湍流大气传输 ,在弱湍流效应条件下 ,光斑扩展受遮拦比影响较大 ;在较强湍流效应 条件下 ,不同遮拦比光斑扩展变化趋势相同 ,此时远场光斑扩展主要还是受湍流效应强弱的影响。获得了常用 遮拦比条件下均强聚焦光束光斑扩展和湍流效应特征参数的定标关系。 　　关键词 : 　激光大气传输 ; 　湍流效应 ; 　光斑扩展 ; 　遮拦 　　中图分类号 : 　TN012 　　　　文献标识码 : 　A 　　大气湍流导致的激光束扩展是激光大气传输研究和实际工程应用中的重要问题 ,到目前为止 ,光束扩展理 论和实验研究的对象还仅限于高斯光束[1 ] ;实际工程应用也是借用高斯光束的相关结果。然而对于实际的激 光大气传输 ,光束发射系统一般采用 Cassegrain 望远镜 ,激光束经过室内光路及发射系统扩束后 ,在发射出口 ( ) 处光强分布接近于均匀光强 以下简称“均强”, 因此其远场光强分布不是高斯分布; 另外 ,光束经 Cassegrain ( 望远镜扩束时 , 由于其次镜的遮拦造成输出一个圆环形光束 此空心光束的内圆即系统的遮拦 ,遮拦比为空心 ε ) [2 ,3 ] 束的内外径之比 ,即 = r / r ,不能再简单地把它看作是实心束来分析 ,必须考虑不同遮拦比对激光远场 i o 光束质量的影响。因此 ,定量考察有限均强聚焦光束湍流大气传输光斑的扩展规律 ,合理评价大口径光学发射 系统遮拦对光束扩展产生的影响 ,对于了解激光大气传输特性及实际激光工程应用都具有重要意义。 　　本文利用数值方法[4 ]对有限均强聚焦光束湍流大气传输光束扩展进行了定量的计算分析 ,讨论了不同遮 拦比对光斑扩展的影响 ,获得了用于描述不同遮拦比条件下均强聚焦光束光斑扩展与湍流效应特征参数的定 标关系。 1 　理论分析及计算参数 　　理论和实验研究结果表明 ,对于高斯聚焦光束湍流大气传输 ,其长曝光光斑可近似看成是高斯分布 ,故其 焦平面处光斑扩展满足如下关系式[1 ,5 ] 2 2 D 2 ( ) ( ) a = a [ 1 + 2 . 2 ] 1 0 r0 a0 和 a 分别为衍射极限