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。
E)|Bl> 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):
$RYOj{1 @ +a}O
'wWuR@e#& [
~kS) 其中W^2 (f)是波阵面的光谱功率,r0为可视
参数,f是空间频率,L0是外部尺寸,Li是内部尺寸,这些参数的单位分别为rad,m,m-1。由于大气像差和光束扩束器的像散,斯特列尔比SR=0.34。经过一个激励器影响半径为4.0cm的自适应镜校正后,斯特列尔比为0.87。经过全程传播到达目标后,光斑直径为50cm,剩下56%的能量,相对于没有自适应镜时能量的22%,有了明显的提高。由于没有考虑大气对
光学元件散射效应的衰减效应,所以实际中传输到的光更加少。
`/9I` <y a`zHx3Yg
eIOMW9Ivt 图1.地对空激光通信
系统示意图
X`fm5y 4 %4Yqx )
fu?u~QZ8 表1.关键参数
CF
v ]wS t^2$ent ###激光器光束初始化
GiKhdy set/alias/off
4O:HT m wavelength/set 1 .48 # 设置激光器
波长 !}sF# array/set 1 256 # 设置计算初始矩阵大小
v5&W)F units/s 1 .1
d$8K,-M gauss/c/c 1 1 1.25 # 定义高斯光束
w_DaldK* clap/cir/con 1 1.25
AmQsay#I_ energy/norm 1 1. # 能量归一化设置
?O"zp65d( set/density 64 # 设置画图线条密度
221}xhn5 title 1: starting laser distribution
B5+$VQ plot/watch ex26_1.plt
5=Y(.}6 plot/liso nsl=64 xr=1.5 yr=1.5 # 绘制激光束初始强度曲线
yZ]?-7 ####激光器初始光束相位分布如图1所示:
h>p,r\X )\7Cp -E-W
$M~`)UeV_ 图1激光器光束初始分布
#V$sb1u JSx[V<7m ##光束扩束器(20X)
模拟 c~}FYO$ mirror 1 20 focallength # 扩束器透镜1焦距设置为20cm.
;9q$eK%d dist -420 #
透镜分离
cQsSJBZ[v5 mirror 1 400 focallength #扩束器透镜2焦距设置为400cm.
GIfs]zVr` abr/ast 1 .2 45 # 光束峰谷像散设置
,XI=e= clap/cir/con 1 25 # 设置孔径光阑直径50
$e.Bz` phase/random/kolmogorov 1 10. 7 # 光束附加大气像差
Vy^mEsQC+h strehl
#B
q|^:nj title 2: phase after beam expander and atmoshpheric turbulence
qQ1D }c@ plot/watch ex26_2.plt
b<[]z, plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6
rv<qze;?| # %'%LY=
AS0mMHJk 图2.经过扩束器及大气干扰后光束相位分布
SR`A]EC(V rrq7UJ; ####光束传输至自适应镜
&Aym@G|k? adapt 1. 4. # 自适应镜对光束的曲率半径影响为4cm
ad52a3deR strehl
B9, title 3: phase after adaptive optic correction
-y[y.#o plot/watch ex26_3.plt
h 0)oQrY plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6 2
_X@ Q`d ####光束经过自适应镜之后的相位分布如图3
]mjKF\ R/ x-$VJ
P ?96; 图3.光束经过自适应镜校正之后的相位分布
2wgcVQ
Awa )q/brCq ####光束传输至转换镜
aC<fzUD;
dist 5e7 #光束传输500km至转换镜
vV*/"'> title 4: irradiance at relay mirror before aperture
`6LVXDR plot/watch ex26_4.plt
\`%#SmQF plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
!!mGsgnW ####光束到达转换镜前的相位分布如图4所示:
E.-2 /'i gKgdu($NJ
sDu&9+ 图4.光束到达转换镜前的相位分布
|uX&T`7?- ''k}3o.K[ ####光束传输经过转换镜
;!OME*?m< clap/cir/con 1 75 # aperture of 1.5 m. dia. for relay
I*mBU^<9V title 5: irradiance at relay mirror after aperture
,4}s 1J# plot/watch ex26_5.plt
Ct:c%D(L plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
IVeA[qA0 mirror 1 3e8 foc
|HPb$#i abr/ast 1 .3 90
ZS@R ? ####光束经过转换镜后相位分布如图5所示:
?+$EPaC2 Eh[NKgYL
C\|HN=2eh 图5.光束经过转换镜后相位分布
};*&;GFe =,08D^ xY ####光束传输至聚焦镜
1KJ[&jS ] dist 3e8 #光束传输3000km至聚焦镜
Hl8\*#;C&> clap/cir/con 1 200 # 聚焦镜孔径直径4m
5"+;}E|q energy
akwS;|SZ title 6: irradiance on focusing mirror
6^FUuj. plot/watch ex26_6.plt
U;gy4rj plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
9Z3Vf[n5\ ####光束传输至聚焦镜相位分布如图6所示:
SL<EZn0F9 rKl
Hq,NOP 图6.光束传输至聚焦镜相位分布
?:F Jc[J 0.1?hb|p5T ####光束经过聚焦镜传输至聚焦靶面后相位分布
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