研究激光大氣傳輸效應(yīng)一直是激光應(yīng)用領(lǐng)域的重點(diǎn),數(shù)值模擬是研究大氣湍流效應(yīng)常用的手段。利用功率譜反演法對(duì)滿足Kolmogorov統(tǒng)計(jì)規(guī)律的大氣湍流相位屏進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明,受其固有局限性,基于功率譜反演法的相位屏,需要通過(guò)次諧波對(duì)其低頻部分進(jìn)行補(bǔ)償,才能更好模擬大氣湍流效應(yīng)。 

【文章來(lái)源】：光電技術(shù)應(yīng)用. 2019,34(04)

【文章頁(yè)數(shù)】：4 頁(yè)

【部分圖文】：

相位屏的作用原理湍流ΔzΔz（a）（b）

第4期10310210110010-1相位結(jié)構(gòu)函數(shù)00.020.040.060.080.10.120.140.16距離/m理論值補(bǔ)償前補(bǔ)償后圖4相位結(jié)構(gòu)函數(shù)比較度代表對(duì)厚度的積分。將一個(gè)要放置相位屏的空間平面分割為網(wǎng)格，設(shè)每一格寬度Δx，每邊共有N格，從采樣定理可知，最低和最高采樣頻率必須滿足下式{Kmin≤2π/(NΔx)Kmax≥π/Δx（10）為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，可用2π/(NΔx)和π/Δx分別作為Kmin和Kmax，而波數(shù)間隔DK設(shè)為Kmin。這樣可將式（8）用離散化形式寫(xiě)出如下S(pΔx),qΔy=1N2∑m=0N-1∑n=0N-1S()mΔK,nΔKexp[-2πi(mp+nq)/N]（11）其中，S()pΔK,qΔK=aRFs(pΔK,qΔK)/ΔK（12）式（12）為式（6）的離散化表示，它是一個(gè)在相空間構(gòu)造的二維復(fù)隨機(jī)常受相位屏大孝取樣間隔、取樣點(diǎn)個(gè)數(shù)等限制，由譜反演法生成相位屏的不包括[-Δfx,Δfx]、[-Δfy,Δfy]這個(gè)空間頻段內(nèi)低頻率分量對(duì)應(yīng)的功率譜，從而使相位大尺度起伏產(chǎn)生誤差。因此需要對(duì)譜反演法產(chǎn)生的相位屏進(jìn)行低頻補(bǔ)償�？赏ㄟ^(guò)低頻次諧波疊加的方法來(lái)改善相位屏的大尺度統(tǒng)計(jì)特性，其基本思想是在對(duì)傅里葉低頻次諧波重采樣的基礎(chǔ)上進(jìn)行插值合并，從而對(duì)相位屏進(jìn)行次諧波低頻補(bǔ)償，即有φSH(m),n=∑p=1Np∑m′=-11∑n′=-11R(m)′,n′f(m)′,n′expéêù2πi3ú-p()mm′N+nn′N（13）式中，p為次諧波級(jí)數(shù)；f(m)′,

轡環(huán)植跡?傭?鉤チ說(shuō)推擋糠幀?3相位屏設(shè)計(jì)結(jié)果針對(duì)1064nm激光在大氣中的傳輸，設(shè)計(jì)了一個(gè)湍流相位屏，設(shè)計(jì)參數(shù)為：激光傳輸距離為500m，仰角為0，大氣湍流內(nèi)尺度2cm，外尺度300m，相位屏寬度30cm×30cm，網(wǎng)格大小為100×100。利用功率譜反演法生產(chǎn)了兩個(gè)隨機(jī)相位屏，對(duì)它們進(jìn)行低頻補(bǔ)償后，再進(jìn)行檢驗(yàn)，如不合格可重新計(jì)算。經(jīng)過(guò)數(shù)次迭代后可以得到需要的相位屏。圖2~圖3給出了算例結(jié)果，分別是低頻補(bǔ)償前的相位屏和補(bǔ)償后相位屏。圖4是理論與實(shí)際相位結(jié)構(gòu)函數(shù)的比較。圖2補(bǔ)償前相位屏圖3補(bǔ)償后的相位屏楊海波等：基于功率譜反演法的大氣湍流相位屏數(shù)值模擬75

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]非Kolmogorov大氣湍流隨機(jī)相位屏模擬[J]. 李玉杰,朱文越,饒瑞中.  紅外與激光工程. 2016(12)
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[3]大氣湍流隨機(jī)相位屏的數(shù)值模擬和驗(yàn)證[J]. 王立瑾,李強(qiáng),魏宏剛,廖勝,沈忙作.  光電工程. 2007(03)
[4]大氣湍流畸變相位屏的數(shù)值模擬方法研究[J]. 張慧敏,李新陽(yáng).  光電工程. 2006(01)



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