腔内反射镜热畸变对激光大气传输特性的影响

摘要

近年随着激光技术的快速发展,激光在大气中的应用受到了各界的广泛重视,如激光测距、激光能量传输、大气激光通信和激光雷达等。激光在大气中长距离传输时,由于受大气条件的影响,激光的特性将发生变化,相干度下降,光束扩散。其中由大气湍流使得折射率随机变化从而使光场发生随机变化,这将严重影响各类激光应用系统的实用性能,甚至决定了激光技术应用的可行性。人们已经对部分相干光在湍流介质中和自由空间内的传输特性进行了深入的研究,取得了许多成果。由于大气对光特性的影响比较明显,通过总结和应用规律,便于人们将激光技术更好的应用于各类应用中去。
　　 激光大气传输特性就是研究激光在通过大气的传输过程中,激光与大气相互作用产生的一系列非线性与线性效应,以及这些效应对激光特性的影响。本文基于虚焦非稳定谐振腔的激光场,从产生激光的谐振腔内算起,考虑了谐振腔内部反射镜热畸变对激光光束的影响,用有限元的分析方法研究了腔体高温引起的腔镜热畸变情况,得到了近场的激光相对光强的分布情况和腔镜热畸变对近场光束的影响。进而利用快速傅立叶变换(FFT)来研究分析激光光束在大气湍流中的传输特性。重点分析了反射镜热畸变对环形强激光在大气湍流中传输产生的影响,同时模拟得出在大气湍流的影响下激光光束传输不同距离的强度分布和不同腔镜热畸变情况下在大气湍流中传输远场的激光相对光强的分布。并利用B参数和Strehl比来评价光束质量的特性,最终得出:随着传输距离的增加,光束能量向外扩展,最高能量减小,光束质量被大大地削弱,同时热畸变对光束质量的影响也逐渐的明显。在湍流较大的情况下,热畸变对光束质量的影响不够明显,而在大气湍流较弱的情况下,热畸变对光束质量的影响反而更加明显。在同样的大气条件下,传输距离一定,反射镜热畸变越大,光束的质量越差。