概述
tpVtbh1)u T}zi P 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(dǎo)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(fù)
透鏡,使激
光束發(fā)散。當(dāng)存在側(cè)向風(fēng)時,下風(fēng)區(qū)空氣密度降低,因而下風(fēng)區(qū)的折射率減小,形成特有的彎向上風(fēng)區(qū)的光束分布,使光束畸變、彎曲和發(fā)散,劣化光束質(zhì)量。這就是
熱暈效應(yīng)。它是激光在大氣中傳輸時所面臨的嚴(yán)重問題之一。
snK/,lm. rF5<x3 (R0 圖1.熱暈效應(yīng)成因示意圖
S`-z$ph} 系統(tǒng)描述
iX,Qh2(ig ZF`ckWT:-N 本例介紹了
模擬激光在大氣中傳輸時熱暈效應(yīng)對應(yīng)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(xué)方程。首先由Maxwell方程得到激光波動方程,再結(jié)合流體力學(xué)中的三個守恒定律——質(zhì)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(yīng)的方程。對于理想氣體,在等壓近似下得到:
<l\FHJhjq f(3#5288 \UiuJ+ 本例對比了三種情況下的激光遠(yuǎn)場分布:(1)沒有大氣
像差和熱暈效應(yīng)下的遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布;(2)沒有大氣像差但有熱暈效應(yīng)下的遠(yuǎn)場光強(qiáng)分布;(3)同時考慮大氣像差和熱暈下的遠(yuǎn)場分布。通過對比我們會發(fā)現(xiàn)熱暈效應(yīng)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。
]s<Q-/X /r)d4=1E 模擬結(jié)果
gC'GZi^ CocvEoE*z 'Hq}h)` 圖1.不含大氣像差和熱暈效應(yīng)的遠(yuǎn)場分布,此時光束的焦點在4km處,光斑尖銳。
{!,+C0 0D\FFfs 圖2.熱暈效應(yīng)導(dǎo)致的3.5km處的光斑分布,此時光束的焦點已經(jīng)前移到2.7km,由于光斑變大,光強(qiáng)也顯著降低,光斑的分布呈現(xiàn)出糖匙形狀。
s2tEyR+gW -?GYW81Q 圖3.熱暈效應(yīng)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(jìn)一步前移到1.8km,由于光斑變大,光強(qiáng)顯著降低,光斑的分布呈現(xiàn)顯著的旁瓣。
\'p)kDf (來源:訊技光電)