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。
|Lf"6^@yh 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):
ktFhc3);! \Zqng Nn~~!q c#Sa]n 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。
.!$*:4ok gcPTLh[^Er VEqS;~[ 图1.地对空激光通信
系统示意图
zQ@I}K
t aI6$? wus g*e 表1.关键参数
rV R1wsaL
|)b6>.^ ###激光器光束初始化
q Gw -tPD< set/alias/off
im9G,e wavelength/set 1 .48 # 设置激光器
波长 q)S^P> array/set 1 256 # 设置计算初始矩阵大小
s:/8[(A units/s 1 .1
z(_Ss@ $ gauss/c/c 1 1 1.25 # 定义高斯光束
Bm.:^:&k clap/cir/con 1 1.25
% NA9{<I energy/norm 1 1. # 能量归一化设置
P"y`A}Bx set/density 64 # 设置画图线条密度
aqRhh=iS title 1: starting laser distribution
KxYwJ plot/watch ex26_1.plt
!`g~F\l plot/liso nsl=64 xr=1.5 yr=1.5 # 绘制激光束初始强度曲线
1zm ulj%& ####激光器初始光束相位分布如图1所示:
\>:CvTzF 6r"eN%m #A1Z'y0 图1激光器光束初始分布
R7$:@<:g hxVKV?Fl ##光束扩束器(20X)
模拟 ,2j&ko1 mirror 1 20 focallength # 扩束器透镜1焦距设置为20cm.
Kwefs;<E? dist -420 #
透镜分离
Hfwq/Is mirror 1 400 focallength #扩束器透镜2焦距设置为400cm.
2N~Fg^xB abr/ast 1 .2 45 # 光束峰谷像散设置
q>$ev)W clap/cir/con 1 25 # 设置孔径光阑直径50
L+Xc-uv["p phase/random/kolmogorov 1 10. 7 # 光束附加大气像差
7'Zky2F
strehl
L;VoJf title 2: phase after beam expander and atmoshpheric turbulence
0B@SN)<kH plot/watch ex26_2.plt
Z:,U]Z( plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6
S1p;nK 4
N H k7?N ?7w 图2.经过扩束器及大气干扰后光束相位分布
SM0~fAtE h U`wVy ####光束传输至自适应镜
k9 "[H' adapt 1. 4. # 自适应镜对光束的曲率半径影响为4cm
Qy^1*j<@& strehl
87<-kV title 3: phase after adaptive optic correction
x(hE3S#+ plot/watch ex26_3.plt
e,F1Xi#d plot/liso/phase xr=30 yr=30 nsl=64 min=-6 max=6 2
Q1O}ly}JS ####光束经过自适应镜之后的相位分布如图3
,k{#S?:b @.b+av4J iF-6Y0~8 图3.光束经过自适应镜校正之后的相位分布
=yr0bGy`- 6+.uU[x@ ####光束传输至转换镜
A )^`?m3 dist 5e7 #光束传输500km至转换镜
C\/xl#e<@ title 4: irradiance at relay mirror before aperture
-yE/f2PgQ plot/watch ex26_4.plt
&Sl[lXE plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
p2n0Z\2 ####光束到达转换镜前的相位分布如图4所示:
S4^vpY
DeN WF1px % C ~<'rO}| 图4.光束到达转换镜前的相位分布
Gb8D[1=u= /2UH=Q!x4E ####光束传输经过转换镜
[s"O mAy4 clap/cir/con 1 75 # aperture of 1.5 m. dia. for relay
}4Tc title 5: irradiance at relay mirror after aperture
xIxn"^' plot/watch ex26_5.plt
FME3sa$ plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
_A+s)]} mirror 1 3e8 foc
uJFdbBDSh abr/ast 1 .3 90
=U #dJ^4P ####光束经过转换镜后相位分布如图5所示:
X9p.gXF D2](da:]8) OK{quM5 图5.光束经过转换镜后相位分布
*of3:w @6{~05.p
####光束传输至聚焦镜
(@%gS[] dist 3e8 #光束传输3000km至聚焦镜
]bj&bk# clap/cir/con 1 200 # 聚焦镜孔径直径4m
B8B; y^b>i energy
ZAv,*5&< title 6: irradiance on focusing mirror
O\E /. B plot/watch ex26_6.plt
iz8Bf; plot/liso xr=300 yr=300 nsl=64
Cnbz=z ####光束传输至聚焦镜相位分布如图6所示:
v%"|WV[N \^ZlG. |$Xl/)Oq 图6.光束传输至聚焦镜相位分布
wF|fK4F GliwY_ ####光束经过聚焦镜传输至聚焦靶面后相位分布
h3bff#<K phase/random 1 .1 50 # 聚焦镜附加随机像差
DE%KW:Hug mirror 1 5e7 focallength # 聚焦镜焦距500km
pQshUm"_ dist 5e7 # 传输至靶面
7on.4/;M clap/cir/con 1 25 # 设置出瞳孔径直径50cm
AWP"b?^G| energy
A%`[mc]4# title 7: target irradiance inside 50 cm.
2$?C7(kW plot/watch ex26_7.plt
a^`rtvT plot/liso xr=50 yr=50 nsl=64
J3n-`k8 end
t.laO. 3 ####光束传输至聚焦靶面后相位分布如图7所示:
k Mu8"Az l-SAC3qhG a"FCZ.O1 图7.光束传输至聚焦靶面后相位分布