基于分層散射介質傳輸模型的概念,建立了綜合考慮非線性光學效應、湍流擾動及粒子散射的飛秒激光云霧傳輸模型。利用該模型數值模擬了大氣湍流和粒子散射等大氣擾動類型對飛秒激光傳輸成絲動態(tài)演化過程的影響。結果表明,大氣湍流能使脈沖形狀產生不規(guī)則變化,對自聚焦成絲過程中的脈沖能量流動有重要影響;粒子散射可以使脈沖能量明顯衰減,從而影響光絲的形成過程;飛秒激光在云霧環(huán)境中傳輸時,粒子數濃度越高,粒子半徑越大,則形成光絲的長度越短,成絲過程中能量衰減越快,脈沖能量的總衰減量越多。研究結果可為真實大氣條件下飛秒激光實際應用效能評估提供一定的理論依據。 

【文章來源】：光學學報. 2020,40(15)北大核心EICSCD

【文章頁數】：11 頁

【部分圖文】：

湍流相位屏模擬結果。

式中:r′為遠場中點(x,y,z)與粒子間的直線距離;E l i 和E r i 分別為入射電場的平行散射分量和垂直散射分量;E l s 和E r s 分別為散射電場的平行散射分量和垂直散射分量;S(θ,φ,α,β,γ)為粒子的振幅函數,θ和φ分別為天頂角和方位角,α、β和γ均為粒子在空間中的取向角度。對于球形粒子,可以利用Mie散射理論來計算粒子的振幅函數S(θ,φ,α,β,γ)。球形粒子的散射特性與空間取向無關。因此,粒子的振幅函數只與散射角θ有關,即

式中:Nt為粒子數濃度;L×L為橫截面方向計算范圍。計算過程中,假定粒子隨機分布在橫截面計算空間格點上。分別在時間和空間上采用基于快速傅里葉變換的方法對(1)式進行數值求解[30]。光絲的直徑一般在102 μm量級,因此計算網格的格距取的越小越好。但是隨著網格精細化程度提高,計算效率又會大大降低。在模擬過程中,層間隔Δz=15 mm,橫截面方向計算范圍為7.5 mm×7.5 mm,格點數為512×512,格間距統(tǒng)一取為Δx=Δy≈15 μm。時間方向采用不均勻網格,脈沖中心時間步長為邊緣步長的1/4,如圖4所示。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3366633