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。
^4^N} 7>5 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):
rlY0UA, ~o"=4q`>
~U"m"zpLP Ue
>]uZ| 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。
'kcR:5B p8%qU>~+4
Q'Osw" 图1.地对空激光通信
系统示意图
6{1=3.CL O=RS</01!
j_N<aX 表1.关键参数
&TQ~!ZMOR" 0h*Le ###激光器光束初始化
Jl`^`Yv set/alias/off
S,AxrQc wavelength/set 1 .48 # 设置激光器
波长 "}*D,[C5e array/set 1 256 # 设置计算初始矩阵大小
*0!p_Hco units/s 1 .1
:#^qn|{e gauss/c/c 1 1 1.25 # 定义高斯光束
^?+[yvq clap/cir/con 1 1.25
?8"*B^*Sh energy/norm 1 1. # 能量归一化设置
Jp]?tlT set/density 64 # 设置画图线条密度
'%[ Y title 1: starting laser distribution
jo<xrn\ plot/watch ex26_1.plt
bAZoi0LR
plot/liso nsl=64 xr=1.5 yr=1.5 # 绘制激光束初始强度曲线
W?.469yy ####激光器初始光束相位分布如图1所示:
EpMxq7* 9Sxr9FLW~
:) lG}c
图1激光器光束初始分布
%0C [v7\ |du%c`wl ##光束扩束器(20X)
模拟 \~E?;q! mirror 1 20 focallength # 扩束器透镜1焦距设置为20cm.
nZ(]WPIN" dist -420 #
透镜分离
v7
*L3Ol
mirror 1 400 focallength #扩束器透镜2焦距设置为400cm.
Yjc U2S"=P abr/ast 1 .2 45 # 光束峰谷像散设置
'@.6Rd 8 clap/cir/con 1 25 # 设置孔径光阑直径50
FDLo|aP/v phase/random/kolmogorov 1 10. 7 # 光束附加大气像差
{f#QZS!E strehl
JVX)>2&$ title 2: phase after beam expander and atmoshpheric turbulence
Ol RXgJ plot/watch ex26_2.plt
`5?0yXK plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6
Gc`PO .))jR:{3
?Te#lp;`~ 图2.经过扩束器及大气干扰后光束相位分布
V&nB*U&s" I 0~'z f ####光束传输至自适应镜
|gO7`F2 adapt 1. 4. # 自适应镜对光束的曲率半径影响为4cm
X+XDfEt:Q strehl
rzAf {2 title 3: phase after adaptive optic correction
M=liG+d plot/watch ex26_3.plt
v}j5G,
[- plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6 2
,^?g\&f( ####光束经过自适应镜之后的相位分布如图3
ay7\Ae] FprdP*/
wG[nwt0L 图3.光束经过自适应镜校正之后的相位分布
h$'6."I TUnAsE/J& ####光束传输至转换镜
^Qx?)(@ dist 5e7 #光束传输500km至转换镜
O3o^%0 title 4: irradiance at relay mirror before aperture
\
T#|<= plot/watch ex26_4.plt
#MA6eE'R plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
t8-Nli*O ####光束到达转换镜前的相位分布如图4所示:
),p0V
#("M4}~
RBrb7D{ 图4.光束到达转换镜前的相位分布
/&Oo)OB; O]PM L` ####光束传输经过转换镜
(uvQ/! clap/cir/con 1 75 # aperture of 1.5 m. dia. for relay
c1k[)O~ title 5: irradiance at relay mirror after aperture
toPbFU' plot/watch ex26_5.plt
hE {";/}J plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
)&1v[]%S mirror 1 3e8 foc
e' l9 abr/ast 1 .3 90
TxPFl7,r ####光束经过转换镜后相位分布如图5所示:
^\ x'4!W + kKanm[!v
GfELL`yz 图5.光束经过转换镜后相位分布
wPM>-F 6AJk6W^Z ####光束传输至聚焦镜
Q^f{H. dist 3e8 #光束传输3000km至聚焦镜
dzOco)y clap/cir/con 1 200 # 聚焦镜孔径直径4m
p$\>3\ energy
2V)+ba|+ title 6: irradiance on focusing mirror
H}kZ;8 plot/watch ex26_6.plt
g& e u plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
vWoppt ####光束传输至聚焦镜相位分布如图6所示:
$@'BB=i ^yPZ$Q
-r sbSt ?_ 图6.光束传输至聚焦镜相位分布
dHIk3j-! T<0 r, ####光束经过聚焦镜传输至聚焦靶面后相位分布
&'>m;W phase/random 1 .1 50 # 聚焦镜附加随机像差
$,~Ily7w mirror 1 5e7 focallength # 聚焦镜焦距500km
G*N[t w dist 5e7 # 传输至靶面
/X_L>or clap/cir/con 1 25 # 设置出瞳孔径直径50cm
P5?VrZy energy
I0zx'x)F title 7: target irradiance inside 50 cm.
AZQQge plot/watch ex26_7.plt
g:fvg!_v plot/liso xr=50 yr=50 nsl=64
eI$V2 end
0fewMS* ####光束传输至聚焦靶面后相位分布如图7所示:
5c]:/9& cK1^jH<|
:+/8n+@# 图7.光束传输至聚焦靶面后相位分布