作為高能激光的重要應(yīng)用,激光武器是一類正在迅速發(fā)展的新概念武器。然而高能激光在大氣中傳輸時,熱暈效應(yīng)會對其光束質(zhì)量造成嚴(yán)重破壞。實際工作中常遇到高階模激光,直角坐標(biāo)系中的高階模激光通常由厄米多項式描述。而厄米-高斯（H-G）光束的熱暈效應(yīng)的研究還未見報道。由于單束激光器輸出功率有限,對激光光束合成是實現(xiàn)更高功率輸出的重要手段。因而研究H-G列陣光束的熱暈效應(yīng)具有非常重要的意義。高功率激光器產(chǎn)生的激光束通常具有復(fù)雜的多模結(jié)構(gòu),多模激光器相較于單模激光器會有更高的光-光轉(zhuǎn)換效率,研究多模及其列陣光束的熱暈效應(yīng)對激光武器的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。本論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論包括:1.研究了熱暈效應(yīng)對H-G光束的大氣傳輸特性的影響。推導(dǎo)出了H-G光束大氣傳輸穩(wěn)態(tài)熱暈的光強(qiáng)和熱暈扭曲參數(shù)的解析表達(dá)式,研究表明:相同功率情況下,H-G光束模式數(shù)越高,其熱暈效應(yīng)越弱。特別地,H-G光束的熱暈效應(yīng)比基模高斯（GS）光束的要弱。另一方面,自行編制了H-G光束通過大氣傳輸?shù)乃木S模擬仿真程序,并研究發(fā)現(xiàn):熱暈效應(yīng)較強(qiáng)時,雖然H-G光束模式數(shù)越高其初始束寬越大,但由于熱暈效應(yīng)其到達(dá)靶面上束寬卻越小。此外,H-G光束模... 

【文章來源】：四川師范大學(xué)四川省

【文章頁數(shù)】：45 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

無風(fēng)時高斯光束的熱暈效應(yīng).（2）對流主導(dǎo)的熱暈效應(yīng)

2基礎(chǔ)理論7到達(dá)穩(wěn)態(tài)。熱傳導(dǎo)主導(dǎo)的熱暈存在于無橫向風(fēng)或光束逆風(fēng)掃描的傳輸路徑中，通常把以熱傳導(dǎo)為主的傳輸區(qū)域叫做駐止區(qū)。假設(shè)一束連續(xù)的高能激光束在大氣中沿著z方向傳輸。由于高斯激光束的光強(qiáng)為鐘型分布，會使得傳輸軸上溫度最高，折射率最小，形成一個等效負(fù)透鏡，當(dāng)光束再次通過介質(zhì)時，由于負(fù)透鏡的發(fā)散作用，其光強(qiáng)會呈現(xiàn)中心凹陷分布(見圖2.1)。圖2.1無風(fēng)時高斯光束的熱暈效應(yīng).（2）對流主導(dǎo)的熱暈效應(yīng)對流可分為自然對流和強(qiáng)迫對流。因為介質(zhì)吸收激光能量導(dǎo)致的溫度分布不均勻，使得介質(zhì)熱膨脹，形成密度梯度，冷空氣向熱空氣區(qū)域流入，稱為自然對流主導(dǎo)的熱暈。通過大氣風(fēng)速的強(qiáng)迫對流轉(zhuǎn)移介質(zhì)吸收的能量的熱暈效應(yīng)，稱為強(qiáng)迫對流主導(dǎo)的熱暈。對于高能激光的大氣傳輸，能量傳輸方式主要是大氣風(fēng)速的強(qiáng)迫對流。在以風(fēng)主導(dǎo)的熱暈中，移動的介質(zhì)不能集中吸收激光束的能量，因此熱傳導(dǎo)是一個相對緩慢的過程，可以忽略。存在橫向風(fēng)時，介質(zhì)中溫度高的部分會沿橫向風(fēng)方向流動，使得光束來風(fēng)方向的區(qū)域折射率變大，形成一個等效楔形棱鏡，光束會向來風(fēng)方向偏移(見圖2.2)，靶面光斑呈月牙形(見圖2.3)。圖2.2有風(fēng)時高斯光束的熱暈效應(yīng).

四川師范大學(xué)碩士學(xué)位論文8圖2.3熱暈造成的典型光斑分布.2.1.2熱暈方程的求解考慮到實際高能激光大氣傳輸中的能量傳輸方式主要是大氣風(fēng)速的強(qiáng)迫對流，本文主要研究的是風(fēng)主導(dǎo)的熱暈。假如風(fēng)以恒定速度v沿x軸正向，不考慮熱傳導(dǎo)，忽略掉方程(2.1.2)左邊第二項。則風(fēng)主導(dǎo)的熱暈效應(yīng)可由以下方程描述[21]：22220iknUUkUn+=,(2.1.4)xpcItvT+=,(2.1.5)0Tn=n+Tn.(2.1.6)如果能解析求解熱暈方程，就能直接對熱暈效應(yīng)進(jìn)行定性分析。為了解析求解穩(wěn)態(tài)熱暈，忽略掉方程(2.1.5)的含時項T/t。再對光場復(fù)振幅U=Aexp(ikS)采用幾何光學(xué)近似(→0，k→，衍射效應(yīng)可以忽略)，結(jié)合方程(2.1.4)可得[24]：()22S=n,(2.1.7)()22ASA+S=,(2.1.8)其中A為振幅，S為波前相位。基于以上處理方法，Gebhardt通過解析推導(dǎo)，得到了有風(fēng)情況下的準(zhǔn)直光束大氣傳輸穩(wěn)態(tài)熱暈的光強(qiáng)表達(dá)式[24]：I(x,y,z)2200000011(,,0)expddddddzzxzzxzTpxnIIIIIIxyexzIzxzzncvxyIxIyy=+++.(2.1.9)


本文編號：3133084