封闭管道中气体热晕对激光传输的影响

摘要

内光路的热晕效应显著影响远场光束质量,在高能激光系统中必须加以考虑.在已经建立的激光内通道传输气体热晕效应物理模型基础上,本文研究了封闭管道中不同能量吸收和管道结构导致的气体热晕对激光传输的影响.运用计算流体力学方法,数值模拟分析了气体吸收激光能量所产生的自然对流过程,对比了不同能量吸收和管道结构(Z型和U型)的气体温度分布、附加相差、远场光束质量和质心漂移等.通过对数值模拟结果的分析,分辨出了热传导和热对流这两种气体传热机制的转换时间,显著影响远场光束质量和质心漂移.此外,减少激光能量吸收,光束质量得到明显改善,两种传热机制的转换时间也出现延迟.因此,在实际的高能激光系统中,控制激光能量的吸收非常重要.不同的管道结构拥有不同的光路,这将改变附加相差的分布,进而影响远场光束质量.Z型管道中两段水平管道的附加相差相同(叠加效应),而U型管道则相反(补偿效应).U型管道中的激光远场光斑质心漂移得到极大抑制,同时光束质量也获得明显改善.