高能激光大气传输性能评估技术

激光在实际大气中的传输效果不仅与其自身传输机理有关,还与大气因素密切相关,因此,准确评估激光大气传输的效果,不仅需要开展激光传输机理的研究,建立激光大气传输数理模型,还需要对实际传输过程中的大气光学特性进行测量、分析和预测。鉴于实际大气环境的复杂性及多因素耦合的制约,激光大气传输的机理研究大都采用大气参数可控的物理实验平台和数值仿真软件平台进行研究,而大气光学特性的研究则在大量实地测量分析的基础上,重点发展基于物理相关性分析和数学模型构建的光学湍流模式化表征研究。简要介绍了国内外高能激光大气传输性能评估技术的发展情况,面向高能激光系统未来的实际应用,指出了其发展趋势。     

高能激光大气传输中热晕与自聚焦的比较

通过分析激光在大气中传输所产生热晕效应和自聚焦效应的临界功率PTB和PK表明,在同样大气条件下,产生自聚焦的临界功率PK比产生热晕的临界功率PTB大约高5个量级。另外,分析了在同样激光功率下,不同宽度的脉冲激光在大气中传输时的热晕效应与自聚焦效应,一般情况下,微秒量级的脉冲激光在大气传输中的自聚焦效应可忽略,而对于超短飞秒脉冲激光,必须考虑自聚焦效应对传输的影响。     

高能激光大气传输中热晕与自聚焦的比较

通过分析激光在大气中传输所产生热晕效应和自聚焦效应的临界功率PWB和PK表明,在同样大气条件下,产生自聚焦的临界功率PK比产生热晕的临界功率PWB大约高5个量级。另外,分析了在同样激光功率下,不同宽度的脉冲激光在大气中传输时的热晕效应与自聚焦效应,一般情况下,微秒量级的脉冲激光在大气传输中的自聚焦效应可忽略,而对于超短飞秒脉冲激光,必须考虑自聚焦效应对传输的影响。     

激光大气传输湍流效应的仿真研究

激光大气传输中的湍流效应对光电对抗装备的效能发挥影响很大,为了研究这一问题,利用CLAP软件,以远红外激光为例,模拟了不同湍流传输条件下激光的大气传输。通过对传输结果的分析,发现激光接收光强的概率密度分布基本符合正态分布,并给出了置信区间;改变接收口径的大小,通过对仿真结果的统计分析,发现激光接收光强与接收尺寸呈指数递减的关系;改变传输距离仿真并分析数据,得出激光接收光强与传输距离也成指数递减的关系。为相关装备的研发与评估提供了一定的依据。     

高能激光及其采样后大气传输中湍流及热晕效应的比较

通过数值模拟，比较了高能激光及其采样后在湍流大气中传输时远场中央长曝光斑的环同能量半径与扩展等情况。结果表明，在仅有湍流时两者保持不变，而热晕会导致光斑的进一步扩展；采样器的透光比越低，热晕对光斑的扩展影响越小；未采样高能激光的远场中央光斑相对于高能激光经采样后的远场中央光斑的扩展，可归因于热晕效应。因此，利用光束波前采样器对高能激光及其采样后在湍流大气中传输时的远场光斑特性进行比较，就可以诊断高能激光大气传输热晕效应。     

实际自适应光学系统对高能激光束大气传输的作用

为补偿高能激光束与大气的相互作用造成的光束质量下降通常需要自适应光学矫正系统。洛克希德 程序ＧＲＡＮＤ包含一套实际的自适应光学系统，它代表了当今水平光束控制系统的很多特点。     

高能激光可在空间传输能量

得到美国航天总署先进技术部的支持，已认定空间太阳能的工作可以作为空间光基能量的基础，用太阳光作能源。使用高能激光器时，能量可以作为相干光通过自由空间传输。此计划的动机是：作为近地空间的能源，太阳光可以连续不断地提供几十亿太瓦的功率。另一动机为，它可以高空间精度和低功率损耗，将几十亿瓦功率传送到几千公里以外。研究高能激光基本物理的最近工作发现，此种基础结构虽然现在昂贵得吓人，但在今后40年内则有付诸应用的可能[1]。将太阳能转换为相干光的问题与数据通讯的光转换相似。光子必须从天然光的量子态转换为光场量…     

常用激光大气传输特性分析

评述了常用激光在大气传输中的大气衰减。利用模式大气计算了常用近红外至中红外六种激光的衰减系数，指出拉曼频移ＹＡＧ激光（λ＝１．５４μｍ）的衰减系数最小，三咱化学激光虽然都受水气吸收的影响，但单线输氧碘激光的衰减最小，氟化氘激光共次。控制氟化氢泛频激光的输出谱线，有可能达到与氧碘钉当的透过率、二氧化碳激光最适宜用于一些特殊天气。     

海上激光低仰角大气传输研究

针对激光武器中的一些关键问题,研究了海上激光低仰角大气传输的特性。通过对海 上激光大气传输特性的分析,计算了1. 06μm 激光的低仰角大气传输的大气透过率,并对强激光大气传输作了定性的分析,给出了激光大气传输的补偿技术。最后得出了关于1. 06μm 激光海上低仰角大气传输的数据和结论。这对激光武器的研究具有一定的参考价值。     

海上激光低仰角大气传输研究

针对激光武器中的一些关键问题,研究了海上激光低仰角大气传输的特性。通过对海上激光大气传输特性的分析,计算了1．06μm激光的低仰角大气传输的大气透过率,并对强激光大气传输作了定性的分析,给出了激光大气传输的补偿技术。最后得出了关于1．06μm激光海上低仰角大气传输的数据和结论。这对激光武器的研究具有一定的参考价值。     

大气激光音像传输系统

分析了大气对激光通信的影响,将激光通信和音像多媒体技术结合起来,从短距离、小功率大气激光传输系统考虑,提出一种可行的发射系统电路设计方案.最后对系统进行联调测试,并对实验结果进行说明.用简单的方法实现了短距离音像信息的无失真传输,其结果对远距离、大功率激光通信大型系统的研究有一定的参考价值.     

强激光大气传输非线性热畸变效应的解析分析

高功率激光在大气中传输时产生的非线性热畸变效应对激光的传输形成严重的限制，使光束质量严重下降，到达靶面的光强远低于初始光强。文中分析了非线性热畸变形成的物理机制，从光波大气中传输的标量波动方程以及流体动力学方程组出发，对稳态和瞬态的各种非线性热畸变现象进行了分析，给出了非线性热畸变效应与激光参数的相关性，获得了较为满意的结果。     

多光束激光大气传输

热晕效应存在时,利用发射多个激光束可以显著地提高光束到达靶面的光强峰值。数值模拟结果显示,比单光束到达靶面的光强提高两倍以上。     

大气折射和色散对激光传输的影响

由于大气折射和色散效应，当用可见光或红外线瞄准目标而用另一波长的激光对目标进行探测或打击时，瞄准路径和激光传输路径是不一样的，瞄准点和激光束之间存在误差。本文建立了大气层折射模型，并给出了在不同仰角时，用可见光(0．55μm)和红外线(4μm)进行瞄准、用CO2激光器对10km远的目标进行探测或打击，瞄准点和CO2激光束之间的距离大小。     

非线性光学效应在激光大气传输补偿中的应用

简要介绍了利用非线性光学效应实现激光大气传输补偿的基本过程,分析了非线性光学效应在激光大气传输补偿中的应用现状及可能的发展趋势。最后还简要介绍了国内在这个方向上开展的工作和进展情况。     

激光大气传输湍流与热晕综合效应

讨论了激光大气传输时的湍流与热晕综合效应问题.提出了根据湍流效应对热晕经验公式进行修正的处理方法,其物理基础是在湍流效应较明显的情况下,由相干距离决定的湍流Fresnel衍射参数远小于由发射口径决定的Fresnel衍射参数时,小尺度热晕的影响超过整束热晕占主导地位.将修正的经验公式与基于数值计算的定标公式相比较,结果令人满意.     

激光大气传输的雨雾衰减特性研究

各种特殊天气的影响是制约无线光通信发展的重要因素,雨雾等天气对激光信号传输的衰减影响很大。主要研究了各种雨雾天气对激光大气传输的衰减特性,根据Mie散射理论分析了精确计算激光信号衰减的方法,并对几种常用的雨雾衰减经验模型进行Matlab数值仿真,通过分析从中得出激光衰减系数和雨雾天气能见度的关系。