發(fā)布時間：2022-01-04 14:00

　　激光在大氣中傳輸時,會與大氣相互作用進而產生一系列線性效應和非線性效應。其中,熱暈效應是激光大氣傳輸非線性效應中較為嚴重一種,造成了光束的畸變、扭曲、發(fā)散。受到熱暈效應的影響,激光在大氣中的有效傳輸受到了嚴重的限制,并且導致了激光傳輸?shù)牟环�(wěn)定性,進而影響了光束質量。所以,對熱暈效應進行研究以及找到減小熱暈效應的方法,對于激光的有效應用具有重大意義。自適應光學被證實對熱暈效應產生的相位畸變具有較好的補償效果。論文對熱暈效應進行了理論研究和數(shù)值仿真研究,對熱暈效應相位補償?shù)淖赃m應光學技術進行了理論和實驗研究。本文驗證了通過自適應光學系統(tǒng)對激光大氣傳輸熱暈效應進行相位補償?shù)目尚行浴１疚牡闹饕芯績热莅?第一,介紹了大氣的組成氣體,重點總結了激光大氣傳輸非線性熱暈效應,闡述了熱暈效應的產生機理、影響熱暈效應的因素和熱暈效應的分類,對有風條件下和無風條件下的熱暈效應進行了簡要分析。并且總結了減小熱暈效應的一些方法。對激光大氣傳輸線性效應進行了簡要概述。第二,將傍軸近似下的光束波動方程與流體力學方程相結合,在做了一些化簡后,得到了能夠描述熱暈效應的方程組。之后對布拉德利-赫爾曼（Bradley-... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院光電技術研究所)四川省

【文章頁數(shù)】：148 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

校正與未校正光束焦平面峰值強度與輸入功率之間的關系

3線要比未校正過的曲線焦平面處的光強增加了76%。圖1.1校正與未校正光束焦平面峰值強度與輸入功率之間的關系Figure1.1Peakfocal-planeintensityvs.inputpowerforcorrectedanduncorrectedbeams圖1.2顯示了一組焦平面處光束的圖片，在最左側的圖片中我們可以觀察到典型新月形的熱暈光束，下一張圖片是經(jīng)過校正的光束，其尺寸有所減小只剩下一點新月形的痕跡[41]。為了進行對比，右側的照片為低功率無熱暈光束（橢圓形的形狀是由于快門速度不足以凍結光束而導致的）。值得注意的是校正后的和未校正的熱暈光束都相對于無熱暈光束偏移到風向處，這是由于變形鏡未進行傾斜校正導致的。該實驗證實了利用變形鏡對激光束進行相位補償從而減小熱暈效應的可行性。圖1.2焦平面處受熱暈效應影響的光束，經(jīng)校正的光束，和無熱暈光束的照片F(xiàn)igure1.2Actualphotographsofthebloomed,corrected,andunbloomedbeamsinthefocalplaneBernadetteJohnson對熱暈相位補償?shù)牟环�(wěn)定性進行了實驗研究[42]。她使用241通道的自適應光學系統(tǒng)對熱暈進行相位補償，觀察到了明顯的相位調制[43]。

4JonathanF.Schonfeld使用自適應光學系統(tǒng)對熱暈效應產生的相位不穩(wěn)定性進行校正，并且導出了不穩(wěn)定增長率的一般方程，并討論了近似解的方法[44]。美國林肯實驗室研究熱暈20多年的時間，其中最突出的就是開發(fā)了一套名為MOLLY的計算機仿真程序，針對大氣湍流和熱暈效應進行自適應相位補償，該程序較為關注相位補償不穩(wěn)定性（Phase-compensationinstability,PCI）以及系統(tǒng)的魯棒性，由于自適應光學系統(tǒng)和激光導致的大氣加熱之間的正反饋，PCI會導致自適應光學系統(tǒng)的硬件性能受到影響，MOLLY的仿真結果最后都在實驗中得到了驗證。MOLLY解決了撰寫代碼時想要解決的三個基本問題，（1）PCI是一種真實存在的物理現(xiàn)象，其行為符合預測分析，（2）旋轉風和自然風會改變PCI，（3）PCI和良好的熱暈校正可以共存。PCI的產生機制如圖1.3所示[45]。（a）出射激光輻照中自然出現(xiàn)的強點和弱點會在大氣中引起熱區(qū)和冷區(qū)（分別由暗區(qū)和亮區(qū)表示）。波前傳感器檢測到信標的畸變波前中的谷值和峰值，這是由于信標光分別穿過相對較熱和較冷的大氣區(qū)域導致的。（b）變形鏡通過對出射光束施加一個相位來補償像差，該相位在熱區(qū)下方有峰值，在冷區(qū)下方有谷值。因此，變形反射鏡具有將出射光束聚焦到熱區(qū)域的效果，使它們變得更熱。同樣，熱區(qū)和冷區(qū)會使測得的信標相位失真。（c）這種畸變導致變形鏡更難聚焦到熱區(qū)。圖1.3相位補償不穩(wěn)定性發(fā)生機制示意圖Figure1.3Phase-compensationinstabilitymechanism美國華盛頓特區(qū)海軍研究實驗室E.A.McLean等借助于Mach-Zehnder干涉儀觀察了在摻碘液的四氯化碳中與熱暈效應有關的參數(shù)的變化[46]。韋恩州立大學的A.J.Glass研究了氣體中的熱暈現(xiàn)象，他認為氣體中粒子的不均勻分布會極

【參考文獻】：
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本文編號：3568468