本例为一束
激光从地基
激光器出发传输到近地轨道上的一个转换镜上。转换镜将激光反射到一个聚焦镜上,然后这束光打到大气层内部一个低海拔的目标上。根据Kolmogorov模型,假设目标值的半径为10cm,就可以计算大气像差。本例中包含了激光扩束器像差、转换镜上的像差以及聚焦镜上的像差。
dLQp"vs $ 大气模型假设的波阵面
光谱功率为(忽略内部和外部的尺寸限制):
!yg &zzP* qY&(O`?m& H!NGY]z* H F*~bL 其中W^2 (f)是波阵面的光谱功率,r0为可视
参数,f是空间频率,L0是外部尺寸,Li是内部尺寸,这些参数的单位分别为rad,m,m-1。由于大气像差和光束扩束器的像散,斯特列尔比SR=0.34。经过一个激励器影响半径为4.0cm的自适应镜校正后,斯特列尔比为0.87。经过全程传播到达目标后,光斑直径为50cm,剩下56%的能量,相对于没有自适应镜时能量的22%,有了明显的提高。由于没有考虑大气对
光学元件散射效应的衰减效应,所以实际中传输到的光更加少。
+;H=_~b uA`e `B?+1Gv 图1.地对空激光通信
系统示意图
)~P<ruk>,C C&F%
j. < q2k}bb + 表1.关键参数
[/ CB1//Y 2C0j.Ib ###激光器光束初始化
p;[.&oJ set/alias/off
5i$P$ R wavelength/set 1 .48 # 设置激光器
波长 AsS~TLG9p array/set 1 256 # 设置计算初始矩阵大小
:z?T/9,C units/s 1 .1
0$XrtnM gauss/c/c 1 1 1.25 # 定义高斯光束
:wzbD,/M clap/cir/con 1 1.25
YTgT2w energy/norm 1 1. # 能量归一化设置
=PU@'OG set/density 64 # 设置画图线条密度
( 3,7 title 1: starting laser distribution
$sL+k 'dY plot/watch ex26_1.plt
`U?S 9m plot/liso nsl=64 xr=1.5 yr=1.5 # 绘制激光束初始强度曲线
aorL ,l ####激光器初始光束相位分布如图1所示:
NgGpLdaC2v kPEU }Kv aSm</@tO& 图1激光器光束初始分布
i(u zb< Vg(p_k45` ##光束扩束器(20X)
模拟 hAi'|;g mirror 1 20 focallength # 扩束器透镜1焦距设置为20cm.
,0L< wa dist -420 #
透镜分离
M/[9ZgDc mirror 1 400 focallength #扩束器透镜2焦距设置为400cm.
nP=/XiCj abr/ast 1 .2 45 # 光束峰谷像散设置
PC=s:`Y}R clap/cir/con 1 25 # 设置孔径光阑直径50
s5b<KQ. phase/random/kolmogorov 1 10. 7 # 光束附加大气像差
&=8ZGjR< } strehl
NFU=PS$ title 2: phase after beam expander and atmoshpheric turbulence
JjAO9j% plot/watch ex26_2.plt
qztL M?iV plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6
d76C]R5L .<P@6Jq ieyqp~+|4$ 图2.经过扩束器及大气干扰后光束相位分布
OOsd*nX/
?s 0")R& ####光束传输至自适应镜
"Q23s" adapt 1. 4. # 自适应镜对光束的曲率半径影响为4cm
ZDrTPnA[ strehl
wS2N,X/Y title 3: phase after adaptive optic correction
+w?1<Z plot/watch ex26_3.plt
L'BzefU;04 plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6 2
|qk%UN< ####光束经过自适应镜之后的相位分布如图3
P.|g4EdND %D^j7`Z _*(:6,8 图3.光束经过自适应镜校正之后的相位分布
w68VOymD/ @0:mP ####光束传输至转换镜
x(zW<J5X" dist 5e7 #光束传输500km至转换镜
la!rg#)-X title 4: irradiance at relay mirror before aperture
I8hmn@ce plot/watch ex26_4.plt
:;x#qtv~Iz plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
aG1[85:,\i ####光束到达转换镜前的相位分布如图4所示:
E<_+Tc \?\q0o<V$ LD5E 图4.光束到达转换镜前的相位分布
{QLqf %hzNkyD)Y ####光束传输经过转换镜
Z Q9's clap/cir/con 1 75 # aperture of 1.5 m. dia. for relay
XN'X&J title 5: irradiance at relay mirror after aperture
|B*`%7{+ plot/watch ex26_5.plt
=7("xz% plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
I=`efc]T mirror 1 3e8 foc
\-s'H: abr/ast 1 .3 90
X"G3lG ####光束经过转换镜后相位分布如图5所示:
dv\oVD Fx*IeIs(:~ YI?y_S 图5.光束经过转换镜后相位分布
[[u&=.Au |7T!rnr ####光束传输至聚焦镜
e.g$|C^$m dist 3e8 #光束传输3000km至聚焦镜
o;:a6D`
clap/cir/con 1 200 # 聚焦镜孔径直径4m
Ie;}k;?- energy
KK*"s^L title 6: irradiance on focusing mirror
*SZ*S%oS3 plot/watch ex26_6.plt
fx4X!(w!B plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
aKCXV[PO ####光束传输至聚焦镜相位分布如图6所示:
h:+>=~\ {=d\t<p*n mY1$N}8fm 图6.光束传输至聚焦镜相位分布
xH8nn3U :XZ ####光束经过聚焦镜传输至聚焦靶面后相位分布
m;LeaD}0 phase/random 1 .1 50 # 聚焦镜附加随机像差
LNU9M> mirror 1 5e7 focallength # 聚焦镜焦距500km
BO ^T
: dist 5e7 # 传输至靶面
L7*~8Y clap/cir/con 1 25 # 设置出瞳孔径直径50cm
oM-@B'TK energy
pr-!otz title 7: target irradiance inside 50 cm.
{Z|.-~W plot/watch ex26_7.plt
>!YI7) plot/liso xr=50 yr=50 nsl=64
HgX4RSU end
1<qq6 9x ####光束传输至聚焦靶面后相位分布如图7所示:
VL<)d- `}u~nu< A|@d4+ 图7.光束传输至聚焦靶面后相位分布