概述
=-2~>B PFJ$Ia| 激光在大氣中傳輸時部分能量被空氣中的分子和氣溶膠吸收。被吸收的熱量將空氣加熱,導致氣壓上升,空氣膨脹,空氣密度降低,
折射率下降,形成一個負
透鏡,使激
光束發(fā)散。當存在側向風時,下風區(qū)空氣密度降低,因而下風區(qū)的折射率減小,形成特有的彎向上風區(qū)的光束分布,使光束畸變、彎曲和發(fā)散,劣化光束質量。這就是
熱暈效應。它是激光在大氣中傳輸時所面臨的嚴重問題之一。
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Owpb 9hA`I tS 圖1.熱暈效應成因示意圖
1"H;Tr| 系統(tǒng)描述
0nb%+],pX j9+4},>>CU 本例介紹了
模擬激光在大氣中傳輸時熱暈效應對應的bloom命令的使用。描述熱暈的基本方程包括波動方程和流體力學方程。首先由Maxwell方程得到激光波動方程,再結合流體力學中的三個守恒定律——質量守恒定律、動量守恒定律、能量守恒定律得到描述熱暈效應的方程。對于理想氣體,在等壓近似下得到:
TPN+jK cyCh^- <l@ (DiduSJ 本例對比了三種情況下的激光遠場分布:(1)沒有大氣
像差和熱暈效應下的遠場光強分布;(2)沒有大氣像差但有熱暈效應下的遠場光強分布;(3)同時考慮大氣像差和熱暈下的遠場分布。通過對比我們會發(fā)現(xiàn)熱暈效應會使光束焦點前移,焦斑沿垂直光軸方向發(fā)生位移,焦斑畸變,尺寸變大。
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[D[[ aFTWzz 模擬結果
O52/fGt 8}0wSVsxV$ s)E \ 圖1.不含大氣像差和熱暈效應的遠場分布,此時光束的焦點在4km處,光斑尖銳。
g+#awi7 T`x|=} 圖2.熱暈效應導致的3.5km處的光斑分布,此時光束的焦點已經前移到2.7km,由于光斑變大,光強也顯著降低,光斑的分布呈現(xiàn)出糖匙形狀。
36=aahXd\ 3uuIISK 圖3.熱暈效應和大氣像差共同決定的3.5km處的光斑分布,此時光束的焦點進一步前移到1.8km,由于光斑變大,光強顯著降低,光斑的分布呈現(xiàn)顯著的旁瓣。
L_Ok?9$ (來源:訊技光電)