热晕小尺度不稳定性实验研究

本文报导了STRS不稳定性的模拟实验结果,研究了正弦强度分布的小尺度扰动源在热晕介质中传播的不稳定性发展情况,对不同扰动空间周期、不同光功率下小尺度不稳定性的增长做了一些实验研究,证实了激光在介质传播中,热晕将导致小尺度不稳定性的指数增长。     

风速与风向对小尺度热晕不稳定性的影响

给出了两种特殊风向对小尺度热晕不稳定性扰动能量增长影响的实验及数值计算结果：当风向与扰动梯度方向平行时，风速对不稳定性有明显的抑制作用，而垂直优动梯度方向的风则对热晕不稳定性没有影响。     

热晕小尺度不稳定性解析理论的推导

本文在傍轴波近似和等压近似下推导出通过均匀介质传播的高能激光束小尺度不稳定性的线性解析理论。对扰动量方程在横向上进行傅里叶变换、在纵向和时间上进行各自的拉普拉斯变换,可以得到扰动量的解析表达式。最后,通过拉普拉斯反演后求得扰动量之傅里叶分量的解析解是用传播核(或格林函数)K_k(z,t)来表示的。     

CW稳态热晕的数值模拟

运用本文推导的ＡＢＣＤ复杂光学系统的热晕积分方程，计算机数值模拟了ＣＷ稳态热晕，并对所得结果进行了讨论。     

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。     

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。     

受激热瑞利散射诱导的小尺度不稳定性

从光受激散射的思想出发,建立了激光大气传输两模散射耦合波方程,这组方程在散射光频移(声波频率)ω=0的条件下,化为Karr文献[1]中相应的方程。利用编制的4D程序,通过数值模拟,得到了强激光大气传输受激热瑞利散射诱导的小尺度不稳定性的基本图象,此结果与文献[1]中横向空间无限的结果有类似之处。     

非线性热晕效应自适应光学位相补偿

采用已建立的一套较完整的包括真实自适应光学位相补偿系统仿真的高能激光大气传输的数值模拟程序，对非线性热晕应相偿进行了计算。分析了非线性热晕效应位相补偿不稳定性的基本特征。     

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.     

利用自泵浦相位共轭器对通过热晕池的扰动激光束的实验研究

利用光折变晶体的自泵浦相位共轭器，在稳态和动态条件下对通过扰动的热晕池的激光束质量进行观测，在动态实验研究中，采用了所谓的预置光栅的方法。     

热晕效应相位补偿定标参量的数值分析

利用数值模拟的方法，对三种不同发射口径情况下准直强激光水平传输稳态热晕效应的自适应光学相位补偿进行了计算。结果表明，定标参量ND／NFB可充分描述其相位补偿的效果，且对理想柔形镜及实际自适应光学系统相位补偿而言，其不稳定性定标参量的阈值分别为6.0、0.35。当ND／NFB于阈值时，相位补偿效果理想且随ND／NFB的改变Strehl比变化平缓；而当ND/NFB大于阈值时，由于相位补偿不稳定性的增强，补偿效果迅速变差。     

准直高功率激光束斜程大气传输中的非线性热畸变效应

本文根据波动光学理论,利用实际大气参数对准直高功率激光在斜程上行大气传输中的非线性热畸变效应进行了数值分析,结果表明,在上行大气传输中,尽管大气气体吸收系数较小,从而产生的热畸变效应也较弱,但它将导致激光光束位相畸变和发散角的显著增大,因此对远距离传输的光束将产生非常严重的不利影响。     

封闭管道中热耦合效应对激光传输的影响

建立了封闭竖直管道热耦合效应物理模型,采用流固耦合方法,数值模拟了封闭管道中介质气体、光学玻璃之间的热相互作用造成流场分布的变化,研究了热耦合作用对近场波前相差和远场光束质量的影响。数值模拟结果表明,光束质量可以由封闭管道内介质气体温度分布来决定,气体在管道内流动改变温度分布,使得相差分布不断变化,造成远场光束质量的振荡起伏;光学镜与介质气体热相互作用对流场分布有较大影响,尤其是竖直管道底部的光学镜对激光束远场光束质量影响明显。热耦合效应放大了光束质量的变化：当介质模型中光束质量变差,热耦合模型中热耦合效应使光束质量变得更差;当介质模型中光束质量变好,耦合模型中的热耦合作用使光束质量变得更好,即光束质量随着流场分布的变化而振荡。     

火星进入器小攻角飞行的静不稳定性

针对火星探路者号进入段飞行过程,求解三维流体力学Navier-Stokes方程,采用高温真实气体模型和等效比热比完全气体模型,对气动力特性进行预测和分析,对发现的小攻角静不稳定现象开展机理分析.比较海盗号数值计算结果、文献数据和飞行试验数据,结果符合很好,验证了物理化学模型及数值方法;探路者号的升阻特性和配平特性预测数据表明,真实气体模型和LAURA数据符合很好,等效比热比模型可以较准确地计算升力和阻力系数;2°攻角飞行时,进入器沿轨道出现静不稳定,完全气体模型无法模拟,分析认为迎风区声速线在肩部的移动和背风区亚声速区的分布变化以及亚声速区泡的出现,导致激波层压力下降和肩部膨胀区的压力下降向上游的传递过程发生变化,造成表面压力分布改变,最终诱发静不稳定.     

复杂通道内激光传输的气体热效应

 借助现有的流体力学分析软件,运用用户自定义函数的方式,建立了一套完整的光场流场耦合相互作用仿真模型。针对一种特殊的激光内传输通道,对光场流场耦合相互作用的气体热效应问题进行了仿真计算。仿真结果表明:通道内气体速度分布是非常不均匀的,但在无激光加热时,气体密度基本保持均匀分布;将激光加热效应引入到流场以后,气体密度分布会发生明显变化;激光加热引起的气体非均匀密度分布使得激光通过传输通道后,产生双鱼眼型结构的光场相位分布。