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。
vqC!Ajm 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):
g H+s)6 JH4hy9i % Rv;e K/Q%tr1W0 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。
Y+,ii$Ce~ KlMSkdmW ^dR="N 图1.地对空激光通信
系统示意图
0^H"eQO xnuu#@f r~K5jL%z9 表1.关键参数
KI@OEy }#u.Of`6" ###激光器光束初始化
i#&iT P` set/alias/off
A#yZh\# wavelength/set 1 .48 # 设置激光器
波长 B_gzpS] array/set 1 256 # 设置计算初始矩阵大小
1BA/$8G units/s 1 .1
>FVBn;1 gauss/c/c 1 1 1.25 # 定义高斯光束
[MQU~+] clap/cir/con 1 1.25
tJ"8"T#6Vr energy/norm 1 1. # 能量归一化设置
hU3! set/density 64 # 设置画图线条密度
St1Ny,$yU title 1: starting laser distribution
Qj1qx;S plot/watch ex26_1.plt
eK=W'cNu plot/liso nsl=64 xr=1.5 yr=1.5 # 绘制激光束初始强度曲线
\E(Negt7 ####激光器初始光束相位分布如图1所示:
| 61W-9; >/r^l)`9_f %4=r .9 图1激光器光束初始分布
UJ/=RBfkJ ;?{N=x8 ##光束扩束器(20X)
模拟 ?M}W;Z mirror 1 20 focallength # 扩束器透镜1焦距设置为20cm.
ii3{HJ*C dist -420 #
透镜分离
agbG) t0 mirror 1 400 focallength #扩束器透镜2焦距设置为400cm.
1}7Q2Ad w abr/ast 1 .2 45 # 光束峰谷像散设置
W~!uSrY clap/cir/con 1 25 # 设置孔径光阑直径50
"^Ax}Jr phase/random/kolmogorov 1 10. 7 # 光束附加大气像差
n$*e( strehl
ezq<)gJc title 2: phase after beam expander and atmoshpheric turbulence
lpy(un plot/watch ex26_2.plt
KW&vX%i(. plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6
|7pi9 \l_U+d,qq 6h5,XcO4 图2.经过扩束器及大气干扰后光束相位分布
W$>AK_Y} F['<;} ####光束传输至自适应镜
I+!?~]AUuq adapt 1. 4. # 自适应镜对光束的曲率半径影响为4cm
1ti9FQ strehl
Knjg`f title 3: phase after adaptive optic correction
(}4]U=/nV plot/watch ex26_3.plt
z#( `H6n: plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6 2
JZUf-0q ####光束经过自适应镜之后的相位分布如图3
mj7Em& ~jpdDV&u\ gG,"wzj 图3.光束经过自适应镜校正之后的相位分布
U2DE zr GyVRe]<>B ####光束传输至转换镜
ta*6xpz-\Q dist 5e7 #光束传输500km至转换镜
Pf,lZU?f title 4: irradiance at relay mirror before aperture
%3@a|#g plot/watch ex26_4.plt
s"xiGp9 plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
<5xlP:Cx ####光束到达转换镜前的相位分布如图4所示:
O0~Qh0~l ;bMmJ>[l- 4g "_E 图4.光束到达转换镜前的相位分布
-s!cZ3 (QFu``ae+ ####光束传输经过转换镜
<y!(X"n` clap/cir/con 1 75 # aperture of 1.5 m. dia. for relay
2," ( title 5: irradiance at relay mirror after aperture
R #\o*Ta plot/watch ex26_5.plt
V49[XX plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
Cu`uP[# ch mirror 1 3e8 foc
&x#3N=c# abr/ast 1 .3 90
{
ML)F ]] ####光束经过转换镜后相位分布如图5所示:
rQ:+LVfXjA ?kBX:(g X%lk] &2 图5.光束经过转换镜后相位分布
mR1|8H!f ^rX5C2}G\D ####光束传输至聚焦镜
Q$B\)9`v[ dist 3e8 #光束传输3000km至聚焦镜
6$y$ VeW clap/cir/con 1 200 # 聚焦镜孔径直径4m
"Ei' FM energy
iuGly~ title 6: irradiance on focusing mirror
d,:3;:CR plot/watch ex26_6.plt
r/e} DYL& plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
5_yu4{@;y ####光束传输至聚焦镜相位分布如图6所示:
z"PU`v ^*@D%U 9N*!C{VW 图6.光束传输至聚焦镜相位分布
j
+u3VP jFwu&e[9; ####光束经过聚焦镜传输至聚焦靶面后相位分布
./r#\X)dc phase/random 1 .1 50 # 聚焦镜附加随机像差
l(j._j~p mirror 1 5e7 focallength # 聚焦镜焦距500km
*_,: &Ur dist 5e7 # 传输至靶面
P6~&,a clap/cir/con 1 25 # 设置出瞳孔径直径50cm
8_h:_7e energy
0V!@*Z title 7: target irradiance inside 50 cm.
3$#=*Zp plot/watch ex26_7.plt
&f_ua)cyY plot/liso xr=50 yr=50 nsl=64
J*zm*~8\ end
-S6^D/(; ####光束传输至聚焦靶面后相位分布如图7所示:
9_&N0>OF J!"#N }[ "(NJ{J#A 图7.光束传输至聚焦靶面后相位分布