强激光稳态热晕效应的数值模拟研究

为了研究强激光在大气传输过程中产生的热晕效应,采用数值模拟的方法,对无风时稳态热晕效应的影响参数进行了求解,探讨了无风稳态热晕效应对轴上光强以及远场能量分布的影响。结果表明,无风稳态热晕效应存在时,随发射功率的增大,一定传输距离截面上的峰值功率密度先增大后减小;截面上的峰值光强随基模高斯光束的腰斑半径的增大而增大;随着传输距离的增大,截面上峰值光强在逐渐减小,能量在逐渐向周围扩展;在一定条件下,截面上的光强分布会呈现中心光强小于周围光强的“草帽型”分布。该结论对研究强激光在远场的辐照效应是有帮助的。

稳态热晕对激光束大气传输特性的影响

利用稳态热晕条件下的高斯光束的光强分布模型,数值分析了无风和有风两种情况下稳态热晕效应引起的光束畸变。在无风情况下,分析了热晕对不同传输距离、不同初始功率的激光束能量分布的影响;在有风情况下,分析了热晕对近场和远场激光束的影响,分析了不同横向风速对光束畸变的影响。

气溶胶所致稳态热晕效应的数值计算

热晕效应是影响强激光大气传输的最严重的非线性问题之一,开展热晕效应研究,可有效地应用高能激光.依据激光在大气中传输时由气溶胶引起的衰减与能见度的经验模型,对气溶胶的等效吸收系数进行了计算,并就大气能见度对强激光水平传输稳态热晕效应的影响进行了数值计算.结果表明:能见度越小,吸收系数越大,热畸变效应越强.

连续强激光稳态热晕效应的数值模拟研究

采用数值模拟的方法,研究了强激光在大气传输过程中产生的稳态热晕效应.计算和分析了有风时稳态热晕效应对轴上光强以及远场能量分布的影响.结果表明,Nc越大,热晕效应越明显;在线性衰减、由横向风引起的散焦和扩散以及自聚焦的补偿的作用下,光束在垂直于风的方向上显著地扩展并聚焦;若不考虑衍射效应,准直光束在风的方向上聚焦,光斑横向尺寸扩展,且光斑分布呈月牙形.

小畸变参数情况下稳态热晕效应数值分析

根据几何光学近似和小扰动理论,推导了高斯光束热晕效应的解析公式,据此解析公式对准直高斯波束的热晕效应进行了计算。结果表明,热畸变参数越大,热晕效应越强,但是,随着热畸变参数的增大,上述解析公式不再适用。

不同强度分布激光水平传输稳态热晕效应的数值模拟

采用数值模拟的方法,以高斯光束、平顶光束、有中心遮拦的平顶光束为例,研究了激光在均匀大气传输过程中产生的稳态热晕效应。详细分析了发射功率、传输距离、光束直径、横向风速四种参数对热晕效应的影响,得到了以上三种光束的斯特列尔比和峰值偏移量随广义热畸变参数N的变化关系。数值仿真结果表明,在其他参数一致的情况下,发射功率越大、传输距离越长,热晕效应越强;而光束直径和横向风速的增加会减小热晕效应;不同激光强度分布对热晕效应的影响不同。在同样广义热畸变参数N的条件下,高斯光束的热晕效应最严重,平顶光束次之,空心光束的热晕效应最小。

聚集高斯波束稳态热晕效应的解析解

在几何光学近似下,利用Helmholze方程,推导了小扰动情况下热晕效应的一般性解析表达式,在近场情况下,得出了聚焦高斯波束稳态热晕效应的解析表达式,并取不同畸变参数进行了计算,结果表明,热畸变参数越大,热晕效应越强。

基于Matlab的稳态热晕数值模拟

使用一阶微扰法研究了连续激光束在横向移动介质中产生的稳态热晕效应,利用Matlab编写了程序进行了数值模拟,并且对一阶微扰法的适用范围做了讨论。