大型固体激光器光束定位稳定性分析

根据 ICF驱动器系统工程的要求 ,建立光学元件运动量与靶点光束定位之间关系 ,对稳定性进行初估。运用 B类评定方法、光线追迹方法和有限元数值模拟方法进行检验和校正 ,使其更具有可行性。并从结构随机振动理论出发 ,将结构用单自由度线性系统的平稳随机振动模拟 ,实现稳定性值激励源的重分。     

Analysis of Off-Axial Optical Systems (1)

We have established a new method of aberration analysis for off-axial optical systems which are generalized concepts of co-axial optical systems, by introducing two kinds of newly defined 4-element vectors and expanding these vectors with the help of tensor algebra. In this method, since aberration properties are represented in tensor form, we can easily formulate the aberration relations between different azimuths. We can then evaluate the azimuth dependence of aberration properties in greater detail by separating them into inherent optical properties parts, which are independent of azimuths, and the paraxial ray-tracing part, which includes the expression of the evaluation azimuth.     

相关参数对长距离近似无衍射光束质量的影响

利用光线追迹法分析了会聚透镜焦距及会聚透镜与轴棱锥的距离等相关参数对双轴棱锥产生的长距离近似无衍射光束传播距离的影响,运用Mathcad对其进行了数值模拟。结果显示:在其他条件不变的情况下,近似无衍射光束的传播距离随会聚透镜焦距的增大而减小,随会聚透镜与轴棱锥之间距离的增大而增大。通过实验对理论进行了验证,所得结果与理论分析相吻合。     

大型固体激光器光束定位稳定性分析

根据ICF驱动器系统工程的要求,建立光学元件运动量与靶点光束定位之间关系,对稳定性进行初估。运用B类评定方法、光线追迹方法和有限元数值模拟方法进行检验和校正,使其更具有可行性。并从结构随机振动理论出发,将结构用单自由度线性系统的平稳随机振动模拟,实现稳定性值激励源的重分。     

Anisotropic emission characteristics of semitransparent spherical particle with spherically asymmetric temperature distribution

The Monte Carlo ray-tracing method (MCRT) based on the concept of radiation distribution factor is extended to study the anisotropic emission characteristics of semitransparent spherical particle with spherically asymmetric temperature distribution. The dimensionless apparent spectral radiative intensity of particle emission is calculated by the radiation distribution factor. The effects of the related parameters on the dimensionless apparent spectral radiative intensity are analyzed and discussed. The results show that the anisotropy of particle emission increases with the spherically asymmetry of particle temperature, and the refractive index and the particle optical thickness strongly affect the anisotropic emission characteristics of semitransparent spherical particle with spherically asymmetric temperature distribution.     

Andes上空中间层和低热层中大气惯性重力波的激光雷达观测

利用Andes观测站(30. 3°S,70. 7°W)激光雷达2016年6月8～9日共11. 6 h的风场、温度以及钠原子数密度的观测数据,研究了一个在中间层顶区域惯性重力波活动事件。谱分析表明,这个惯性重力波的周期约6. 6 h,垂直波长约7. 5 km,水平波长约826 km。根据矢端曲线法分析发现,此惯性重力波的传播方向大约为西偏北38. 6°。计算出它的垂直群速度约0. 2 m·s~(-1),水平群速度约22. 9 m·s~(-1)。射线追踪结果表明,上传惯性重力波可能来自于平流层的急流区域。虽然该惯性重力波不能达到不稳定性的阈值,但是理查德森数和浮力频率显示,由于不同扰动分量的叠加,导致了在一些高度和时间上,动力学的发生和对流不稳定性的存在。因此,叠加效应引起的不稳定性可能会对中间层-低热层中波的饱和度和幅度约束有显著影响。同时利用重力波偏振关系和惯性重力波纬向风扰动,计算出了经向风、温度和大气密度扰动,同时观测的经向风和温度扰动与计算的结果一致,表明观测到的准单色惯性重力波能很好满足重力波偏振关系。另外,计算得到的大气密度扰动与观测的钠原子数密度扰动相位一致,证实了中间层-低热层区域的钠原子可以作为重力波的示踪物。     

高功率准分子激光主振荡功率放大系统光学元件的稳定性

为了分析高功率准分子激光主振荡功率放大(MOPA)系统中各光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响,建立了分析模型,利用分析结果指导高稳定性镜架设计以满足系统实验需求。根据高功率准分子激光MOPA系统特点,有效地简化了系统光路,建立了系统光路模型;按照系统打靶精度要求,利用三维坐标变换和光线追迹法,计算得到了系统单个光学元件稳定性对靶面光斑定位精度的影响规律;最后,对自行设计的镜架进行了稳定性测量。计算结果表明,反射镜的旋转变化和透镜垂直光轴的平移变化是影响靶面光斑定位精度的主要因素,且主放大光路中反射镜在X方向和Y方向上最大的变化范围分别不能超过0.8和1.6μrad。实际测量结果表明,设计的镜架在X方向和Y方向最大的变化范围分别为0.6和0.81μrad,满足系统实验要求。     

变步长技术在电离层射线追踪中的应用

从射线的矢量微分方程出发,采用龙格－库塔方法求解射线参数方程,实现了电离层中的射线追踪。根据电子密度梯度的变化,相应地改变积分步长,即采取所谓的实时变步长技术,并以二维球面分层准抛物电子密度模型和赤道双峰模型为例,采用了变步长射线追踪技术,讨论了该方法在计算速度和精度方面对原有方法的改进,结果表明,采用变步长技术既能使计算快速进行,又保证了很好的精度。     

梯形透过率光栅远场光强分布及光栅方程的解析推导

二值化梯形透过率光栅是一种具有离轴衍射级次的二维光栅,其各衍射点光强信息和位置信息的确定对该新型光栅的实际应用具有重要意义。然而,目前尚无相关解析理论对其进行合理的描述。为了解决上述问题,通过二维傅里叶变换方法获得了该光栅各个衍射级次光强分布的解析表达式,并根据二维光栅的结构特征给出了在透射式和反射式情况下该光栅满足的光栅方程。这为该新型光栅的光线追迹计算打下了理论基础。最后,将解析表达式计算结果与采用X-Lab软件标量衍射模块计算的数值模拟结果进行比较,验证解析理论的正确性。     

表面平整目标的电磁散射快速预估

针对表面基本由平面构成的散射体,在传统弹跳射线法的基础上,对射线跟踪以及射线求交测试方法进行改进,使得该方法对于分析隐身飞行器等有更好的应用。研究了单根射线与三角形的快速求交方法,同时与弹跳射线法相结合,使用三角形对目标进行两次表面拟合,分别得到用于求交测试的稀疏三角面元,以及用于射线追踪的起始三角面元,利用快速求交方法,完成射线追踪,进行物理光学积分,完成目标远场电磁散射的快速预估,将该方法的计算结果与文献结果进行对比,验证了该方法的可靠性,通过计算不同拟合面元密度下情况下的结果,验证了该算法的高效性。