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。
SKS[Lf 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):
RM`8P5i]sF 0qTa @y -p)HH@6a y=&)sq 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。
Xr~r`bR= OC[a?#R1 7'o?'He-.2 图1.地对空激光通信
系统示意图
/|\`NARI d5i/: #F9$"L1Hg 表1.关键参数
,wFLOfV@ MJD4#G ###激光器光束初始化
LCdc7 set/alias/off
5I<?HsK@ wavelength/set 1 .48 # 设置激光器
波长 ())|x[>JS+ array/set 1 256 # 设置计算初始矩阵大小
<h;P<4JX units/s 1 .1
`\qU.m0(j gauss/c/c 1 1 1.25 # 定义高斯光束
7f(UbO@BD clap/cir/con 1 1.25
Gm|QOuw energy/norm 1 1. # 能量归一化设置
HL)1{[|` set/density 64 # 设置画图线条密度
"w A8J%: title 1: starting laser distribution
\"lzmxe0p plot/watch ex26_1.plt
l9<+4rK2 plot/liso nsl=64 xr=1.5 yr=1.5 # 绘制激光束初始强度曲线
!^N/n5eoz ####激光器初始光束相位分布如图1所示:
>!oN+8[~ Na`qA j} ~{N|("nB 图1激光器光束初始分布
$Qm;F%
> ^*0;Z<_ ##光束扩束器(20X)
模拟 aE;!mod mirror 1 20 focallength # 扩束器透镜1焦距设置为20cm.
m\VJ= dist -420 #
透镜分离
w
S;(u[W mirror 1 400 focallength #扩束器透镜2焦距设置为400cm.
qS7*.E~j|] abr/ast 1 .2 45 # 光束峰谷像散设置
sX=!o})0 clap/cir/con 1 25 # 设置孔径光阑直径50
#AY+[+ phase/random/kolmogorov 1 10. 7 # 光束附加大气像差
mtF&Z\ag strehl
aN7u
j title 2: phase after beam expander and atmoshpheric turbulence
In 1.R$O plot/watch ex26_2.plt
L@+j8[3BX plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6
foN;Q1?lS K@d`jb4T )pzXC 图2.经过扩束器及大气干扰后光束相位分布
3NJ-.c@(p (_W[~df4 ####光束传输至自适应镜
HPgMVp' adapt 1. 4. # 自适应镜对光束的曲率半径影响为4cm
i? a]v 5 strehl
p@^2.O+ title 3: phase after adaptive optic correction
W]R5\G* plot/watch ex26_3.plt
36j.is plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6 2
^ZV xBQKg ####光束经过自适应镜之后的相位分布如图3
U?}Ma f P"~B2__* EdU3k'z$ 图3.光束经过自适应镜校正之后的相位分布
!X,S2-}" fW\u*dMMZE ####光束传输至转换镜
-Zw"o> dist 5e7 #光束传输500km至转换镜
q6,xsO,+ title 4: irradiance at relay mirror before aperture
6Z'zB&hM} plot/watch ex26_4.plt
@hv9=v+ plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
|, :(3Ml ####光束到达转换镜前的相位分布如图4所示:
w68qyG|wM UjfB+=7I{L x^;nfqn| 图4.光束到达转换镜前的相位分布
o3`Z@-.G k'\RS6M`L ####光束传输经过转换镜
WAQv4&xGM clap/cir/con 1 75 # aperture of 1.5 m. dia. for relay
"5e]-u' title 5: irradiance at relay mirror after aperture
TLkkB09fvk plot/watch ex26_5.plt
J5\> 8I,a plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
h&Sl8$jVp mirror 1 3e8 foc
tF;aB* abr/ast 1 .3 90
bhgh
]{ ####光束经过转换镜后相位分布如图5所示:
;Joo!CXHO D2hvf^g'* @.gCeMlOf 图5.光束经过转换镜后相位分布
"q%)we 1DBzD%@Oz ####光束传输至聚焦镜
LRmO6>y dist 3e8 #光束传输3000km至聚焦镜
jG/kT5S clap/cir/con 1 200 # 聚焦镜孔径直径4m
Rp|:$5&nE energy
vuK 5DG4 title 6: irradiance on focusing mirror
'z\F-Ttq plot/watch ex26_6.plt
>Te{a*`"m: plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
&wjOb ####光束传输至聚焦镜相位分布如图6所示:
5-g0 2g FJD*A`a j9,X.?Xvx 图6.光束传输至聚焦镜相位分布
Zaj<*?\ Fb*;5VNU. ####光束经过聚焦镜传输至聚焦靶面后相位分布
[;b9'7j' phase/random 1 .1 50 # 聚焦镜附加随机像差
' ZB%McS mirror 1 5e7 focallength # 聚焦镜焦距500km
nQgn^z# dist 5e7 # 传输至靶面
1|%$ie clap/cir/con 1 25 # 设置出瞳孔径直径50cm
qzG'Gz{{qu energy
]F_u title 7: target irradiance inside 50 cm.
N
Lo>"<Xb plot/watch ex26_7.plt
^hgpeu plot/liso xr=50 yr=50 nsl=64
n2QD*3i end
z4<h)hh"k6 ####光束传输至聚焦靶面后相位分布如图7所示:
U_J|{*4S.! c=K M[s. i44`$ps 图7.光束传输至聚焦靶面后相位分布