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。
l9#@4Os 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):
^n9)rsb \JbOT%1 T1i}D"H % pFcCe
'd" 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。
.dKFQH iYJ Xhp={p; # "!q_@b,D 图1.地对空激光通信
系统示意图
;3Z6K5z*f Eh&-b6: ]?lUe5F 表1.关键参数
!pxOhO.V AI#.G7'O ###激光器光束初始化
E~`l/ W set/alias/off
X{ f#kB]w wavelength/set 1 .48 # 设置激光器
波长 "-R19SpJKh array/set 1 256 # 设置计算初始矩阵大小
[^0 S#,L units/s 1 .1
K(}g!iT)~ gauss/c/c 1 1 1.25 # 定义高斯光束
W[t0hbVw clap/cir/con 1 1.25
SSysOeD+ energy/norm 1 1. # 能量归一化设置
odhcU5 set/density 64 # 设置画图线条密度
v /x~L$[ title 1: starting laser distribution
HUalD3
\ plot/watch ex26_1.plt
Dy|)u1? plot/liso nsl=64 xr=1.5 yr=1.5 # 绘制激光束初始强度曲线
DdCNCXU ####激光器初始光束相位分布如图1所示:
'q\[aKEX= og`K!d~ HwZ"l31 图1激光器光束初始分布
NM+(ss' v@QfxV2 ##光束扩束器(20X)
模拟 1<;G
oC" mirror 1 20 focallength # 扩束器透镜1焦距设置为20cm.
2x!cblo dist -420 #
透镜分离
fVz0H1\J& mirror 1 400 focallength #扩束器透镜2焦距设置为400cm.
f"R'Q|7D abr/ast 1 .2 45 # 光束峰谷像散设置
s y>}2orj~ clap/cir/con 1 25 # 设置孔径光阑直径50
S#*aB2ZS phase/random/kolmogorov 1 10. 7 # 光束附加大气像差
s@(ME1j(U! strehl
N2.Ym;^ title 2: phase after beam expander and atmoshpheric turbulence
w7Ij=!) plot/watch ex26_2.plt
@{U@?6eZ plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6
}~Ir& c'
Q4Fzj0' L\xR<m<, 图2.经过扩束器及大气干扰后光束相位分布
ZKt`>KZ ;k
(M4? ####光束传输至自适应镜
0DX)%s,KO adapt 1. 4. # 自适应镜对光束的曲率半径影响为4cm
Ynl Zyw! strehl
n;e.N:p title 3: phase after adaptive optic correction
cYz|Ux plot/watch ex26_3.plt
t6Nkv;)>@ plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6 2
N#GMvU#R ####光束经过自适应镜之后的相位分布如图3
',]^Qu`a 6[Wv g
=@!s[ 图3.光束经过自适应镜校正之后的相位分布
2]cU:j6G w^MiyX ####光束传输至转换镜
Xa$-Sx dist 5e7 #光束传输500km至转换镜
,c|Ai(U title 4: irradiance at relay mirror before aperture
5DL(#9F8b9 plot/watch ex26_4.plt
#|K5ma plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
95sK ;`rE+ ####光束到达转换镜前的相位分布如图4所示:
}aL&3[>> g}$B4_sY LerRrN}~ 图4.光束到达转换镜前的相位分布
C(n_*8{ (}
wMU]!_ ####光束传输经过转换镜
kL"Y>@H clap/cir/con 1 75 # aperture of 1.5 m. dia. for relay
NIG*
}[}P title 5: irradiance at relay mirror after aperture
v;(k7
plot/watch ex26_5.plt
>
1=]. plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
vngn^2 mirror 1 3e8 foc
t**MthnW abr/ast 1 .3 90
+S@[1 N ####光束经过转换镜后相位分布如图5所示:
gP`CQ0t ~cSE 9ul b1EY6'R2 图5.光束经过转换镜后相位分布
K_%gda|l+ j%i6H1#.Z ####光束传输至聚焦镜
p8MN>pLP%
dist 3e8 #光束传输3000km至聚焦镜
yM*_"z!L clap/cir/con 1 200 # 聚焦镜孔径直径4m
0~BZh%s< ( energy
nw0Tg= P title 6: irradiance on focusing mirror
O@a7MzJ plot/watch ex26_6.plt
f1|&umJ$ plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
7n7UL0Oc1 ####光束传输至聚焦镜相位分布如图6所示:
2E0oLl[ uOPLJ?% KebC$g@W 图6.光束传输至聚焦镜相位分布
f1q0*)fk _|7bpt9 ####光束经过聚焦镜传输至聚焦靶面后相位分布
0+NGFX\p phase/random 1 .1 50 # 聚焦镜附加随机像差
d
9]zB-A mirror 1 5e7 focallength # 聚焦镜焦距500km
>aT~G!y dist 5e7 # 传输至靶面
hbm#H7Y clap/cir/con 1 25 # 设置出瞳孔径直径50cm
nnCz!:9p energy
?~ <NyJHN% title 7: target irradiance inside 50 cm.
(3&P8ZGNR plot/watch ex26_7.plt
=g?k`vp plot/liso xr=50 yr=50 nsl=64
akzKX} end
Lc0=5]D ####光束传输至聚焦靶面后相位分布如图7所示:
vw
:&c.zd |}Z2YDwO/ cG{ 图7.光束传输至聚焦靶面后相位分布