不同参数对室内传输通道热晕效应影响的数值分析

着重讨论了不同参数对室内传输通道热晕效应的影响。数值计算的结果表明:对于理想光束，即使在10 kW的激光功率情况下，传输距离大于25 m，吸收系数大于0.013 km-1时，就需要考虑室内传输通道热晕效应对光束质量的影响。随着吸收系数的增大，传输距离的加长，激光功率的提高，通道内热晕效应的影响越来越严重，应采取一定的措施来减小室内传输通道热晕效应。     

大气湍流和热晕效应对列阵合成激光传输特性和光束质量影响的理论研究进展

介绍了大气湍流效应和热晕效应对列阵合成激光传输特性和光束质量影响的理论研究进展。主要介绍了合成激光在大气中传输的解析和数值模拟研究方法,大气湍流效应对列阵合成光束的光强分布、远场发散角、方向性、曲率半径和湍流距离的影响,以及大气热晕效应对列阵合成光束的光强分布、传输效率、重心偏移、热晕时间尺度和焦移的影响。研究结果表明,大气湍流效应和热晕效应对合成激光光束质量的影响与光束合成方式、合成光束参数以及大气参数密切相关。     

大气热晕效应引起的激光焦移的计算与分析

采用薄透镜组合的半解析近似方法,研究了大气中的热晕效应对激光聚焦的影响.用该计算方法得出结论:大气热晕效应对高功率激光聚集光束传输的影响与其初始功率、发射口径、传输路径及大气吸收系数有关.在吸收系数随距离增加而减少的光程上(如上行传输),热晕将导致焦点向远离发射点方向移动,而在吸收系数随传输距离增加而增加的光程上(如下行传输),热晕将导致焦点向靠近发射点方向移动.     

激光大气传输中热晕的数值模拟

采用快速傅里叶变换,研究了激光在大气传输中的热晕现象。得出了一定条件下,热晕随激光输入功率和传播距离的稳态变化规律,并计算了激光在大气中传输10km时发生热晕的功率阈值。在瞬态情况下,研究了有风和无风热晕现象。     

大气湍流和热晕综合效应下旋转光束的传输特性

旋转光束指的是一类由拓扑荷数不同的涡旋光束经外差干涉产生的,光强、相位或偏振随时间快速旋转的新型光束.旋转光束在大气通道传输时因其光场随时间快速旋转可遍历大气传输路径上的不均匀性,使得大气湍流和热晕等效应引起的相位畸变在旋转方向得到匀滑,从而达到改善光束质量,提升光束质心稳定性的目的.在考虑大气湍流和热晕综合效应的情况下,建立了旋转光束在大气的传输模型,分析了旋转光束如何缓解大气湍流和热晕效应的物理机制.在此基础上,进一步分析了光束旋转频率和子光束功率比值,以及大气湍流和热晕强度等对旋转光束大气传输特性的影响及规律,从而为激光大气工程应用提供参考.     

长脉冲强激光整束热晕实验研究

研究脉冲时间1.8ms,输出能量约200J,光束发散角2mrad的自由振荡钕玻璃光束,经2m焦距透镜聚焦后穿过充有0～0.6MPa氨的热晕池(热晕池长1m)产十的整束热晕效应。用CCD系统测量激光束腰直径的时间积分值随氨气压的变化曲线及束腰光强空间分布图象,用数字显示式能量计测量热晕吸收系数,用硅光二极管—数字采集,分析仪—Roland绘图仪—计算机处理系统,测量激光中心光强随时间的变化曲线。用KDP倍频—高速分幅相机系统记录激光场强分布随时间的畸变。并用解析理论计算值与实验结果进行了分析比较。     

大功率光纤激光大气传输特性的研究

影响激光传输效果的主要因素包括大气分子和气溶胶粒子吸收以及由散射造成的衰减效应、大气湍流引起的湍流效应和强激光加热空气造成的热晕效应。针对光纤激光的大气传输进行了研究,研究了在1080nm特定波长的光纤激光大气传输过程中的大气湍流、热晕效应、湍流热晕相互作用对光纤激光远场功率密度的影响。     

强激光大气传输中拉曼散射的数值计算

用经典理论推导了强激光大气传输中由于氮的转动受激Ｒａｎｍａｎ散射所造成的对传输功率的限制方程，并计算了光强的阈值，得到了阈光强与激光波长和脉宽的关系；此外，还研究了二维效应和激光脉冲系列通过大气时声子激发的累加效应。     

大气参数精度对激光传输预估结果的影响

 通过对不同情况下参数测量误差导致的到靶激光平均功率密度变化的统计,得到了大气参数精度对激光传输计算结果的影响。风速和气溶胶吸收系数测量误差主要来自热晕效应的影响,热晕越强,对计算结果的影响就越大。强热晕时,风速±(5%～8%)的误差可导致计算结果约±10%的误差;气溶胶吸收权重±(10%～20%)的误差可导致计算结果约 10%的误差。强湍流弱热晕时,大气相干长度±(5%～7%)的误差可导致计算结果约±10%的误差。     

大气环境下用于瞄准的激光波束传播特性研究

针对激光瞄准过程中的光斑偏移现象,结合修正的Von Karman谱的折射指数起伏和Hufnagel-Vally湍流模型上的近似积分,研究了高斯脉冲光束在湍流大气中远场水平以及斜程传播时的脉冲展宽和闪烁指数,分析了强湍流条件下1.06 μm准单色光斜程大气传输光强分布与脉冲展宽的关系,对数值结果进行比较,发现远距离传输中波长和距离对波束瞄准偏差影响较大.从理论和实验上对大气环境下激光光斑瞄准偏差进行了分析研究,研究结果表明:将激光光斑全场数据及分析结果应用到现有偏差补偿算法中,可以实现激光瞄准偏差的有效补偿,在大气能见度1 km～3 km范围内,激光瞄准偏差测量误差σA≤0.1 mrad.     

碘激光的大气衰减特性

碘激光波长处在大气微窗口，水汽分子的吸收是碘激光在大气中传输时衰减的主要原因。利用HITRAN数据库，计算了碘激光波长模式的大气衰减情况。利用高分辨串光谱实验系统，获得了1．315μm附近的谱线参量。在我国，由南向北，由夏到冬，水汽浓度逐渐减少，水汽分子的吸收率递减。碘激光有6条超精细谱线，单一最强线频率的碘激光的大气分子吸收比多谱线的碘激光小，更有利于大气传输。在中纬度夏季，单一最强线垂直向上全程的大气分子吸收率与多谱线碘激光水平传输1km相当，为9．0％。碘激光垂直向上传输比海平面水平传输受大气影响小。     

Non-Kolmogorov湍流大气中小尺度热晕效应线性理论

从小尺度热晕线性理论出发,在non-Kolmogorov谱的基础上,得到了non-Kolmogorov谱湍流下热晕相位补偿的Strehl比表达式,分析了湍流谱对高能激光的相位补偿的影响.研究结果表明湍流谱对湍流热晕效应的相位补偿有重要的影响.在相同的湍流菲涅耳数下,当谱指数越接近于3时补偿效果越差,谱指数接近于4时补偿效果越好.在相同大气相干长度条件下或在相同湍流折射率常量条件下,当谱指数接近于3时,Strehl比随热晕效应的增强而下降变快,当湍流谱指数逐渐接近于4时,Strehl比下降速度变慢.其原因是随着湍流谱指数的增大,湍流热晕相互作用引起的对数振幅起伏增长变慢.     

Self-consistent analysis of thermal far-field blooming of broad-area laser diodes

High-power broad-area laser diodes often suffer from a widening of the lateral (slow axis) far-field with increasing current, called thermal blooming, which is mainly caused by the non-uniform self-heating of the laser and has been studied for several decades. This paper presents the first self-consistent electro-thermal-optical simulation and analysis of such thermal blooming. Using a real InGaAs/GaAs broad-area laser as an example, a 900A/cm² higher current density is shown to lead to only 0.5K stronger lateral temperature drop inside the ridge waveguide but to a one degree wider slow axis far field. Small non-thermal blooming is also observed.     

Stable H and O isotope-based investigation of moisture sources and their role in river and groundwater recharge in the NE Carpathian Mountains,East-Central Europe†

The region situated between the mountain area and the lowlands in NE Romania (East-Central Europe) is experiencing increased competition for water resources triggered by a growing population, intensification of agriculture, and industrial development. To better understand hydrological cycling processes in the region, a study was conducted using stable isotopes of water and atmospheric trajectory data to characterize regional precipitation and vapour sources derived from the Atlantic Ocean, Mediterranean and Black Seas, as well as recycled continental moisture, and to assess and partition these contributions to recharge of surface and groundwater. Atmospheric moisture in the lowlands is found to be predominantly delivered along easterly trajectories, while mountainous areas appear to be dominated by North Atlantic Ocean sources, with moisture transported along mid-latitude, westerly storm tracks. Large-scale circulation patterns affect moisture delivery, the North Atlantic Oscillation being particularly influential in winter and the East Atlantic pattern in summer. Winter precipitation is the main contributor to river discharge and aquifer recharge. As winter precipitation amounts are projected to decrease over the next decades, and water abstraction is expected to steadily increase, a general reduction in water availability is projected for the region.     

激光束在大气中长距离传输聚焦特性的研究

研究了大气湍流与热晕对于几种不同波长激光束的的长距离传输聚焦特性的影响。光束质量与光束漂值的理论与实验值基本一致。     

Modeling of residual thermal effect in femtosecond laser ablation of metals: role of a gas environment

To describe the effect of significant enhancement in thermal energy retained in metal targets following femtosecond laser ablation in a gas environment, we develop a combined model based on both 2D thermal modeling of laser-induced target heating and dynamics of the ambient gas perturbed by multiphoton absorption of laser energy in close proximity to the target. Using our model, we find that thermal energy coupling to the sample is significantly enhanced due to laser-induced gas-dynamic motion in plasma. Another finding is that total thermal energy coupled to the sample due to gas-dynamic energy transfer and thermal energy conduction is close to that measured in our experiment.